Claims (3)
Изобретение относитс к силовой преобразовательной технике и может быть использовано дл питани трехфазным стабилизируемым (регулируемым) напр жением потребителей с измен ющимис в широких пределах параметрами. Известен трехфазный инвертор, соде ьжаший мост основных тиристоров с конденсаторами в диагонал х переменного тока, сглаживающий реактор, две обмотки которого подключены между входными выводами инвертора и выводами посто5шного тока моста основных тиристоров, а также два моста регулирующих тиристоров , подключенных выводами переменного тока к выходным выводам инвертора, при чем между выводами посто нного тока этих мостов включены обмотки компенсирующего реактора, а обмотки сглаживающего и компенсирующего реакторов расположены на одном ферромагнитном сердечнике 11 . К недостаткам этого устройства следует отнести сложность и значительные массу и габариты за счет наличи багп шого количества управл емых вентилей. Известен также трехфазный инвертор, в котором устройство стабилизации выходного напр жени выполнено в виде обратного управл емого выпр мител , выводы ПОСТ05ШНОГО тока которого через реакторы подключены к входным зажимам инвертора . Данный инвертор обладает жесткой внещней характеристикой при таком способе управлени вентильной системой, при котором управл ющие импульсы на тириоторы инверторного моста и обратного выпр мител подаютс с некоторым иаперед заданны л фиксированным сдвигс л. Зго позвол ет существенно упростить сиотему управлени инвертором за счет иоключени из ее состава р да сложных узлов , что приводит к повыщению функциональной надежности устройства, в целом 2 . Однако этот инвертор обладает также р дом недостатков, к которым прежде всего необходимо отнести значительные потери холостого хода, что при резкопеременном характере нагрузки приводит к увеличению расхода эпектрознерг;ии. Наиболее близким по технической сущ ности к предлагаемому вл етс трехфазный инвертор, содержащий мост основных тиристоров с сглаживающим реактором в цепи nocTOSfflHoro тока и коммутирующим конденсаторами в диагонал х переменног тока, параллельно которым через BCTpe4H параллельно соединенные регулирующие тиристоры подключены компенсирующие реакторы 3 , . Статические и динамические характеристики такого инвертора в значительной с гепени завис т от прин того способа управлени вентильной системой и от харак теристик системы автоматического регулировани , осуществл ющей изменение фазы управл ющих импульсов- тиристоров устройства компенсации реактивной мощности в функции параметров выходного налр жени . Получение жесткой внешней характеристики св зано с применением в системе автоматического регулирО1зани звеньев с больщими коэффициентами передачи , что усложн ет схему управлени и в р де случаев приводит к нарущению устойчивости зам1щутой системы регулировани . Повышение жесткости внешней характеристики инвертора по схеме з и улуч щение его, динамических характеристик может быть достигнуто за счет уменьшени индуктивности компенсирующих реа торов и соответствующего уменьшени утла проводимости регулируюших тиристоров .при минимальной загрузке инвертора . Однако это сопровождаетс ухудшение использовани тиристоров по току и увеличением содержани высших гармоник в кривой выходного напр жени . Цель изобретени - улучшение энергетических характеристик инвертора. Поставленна цель достигаетс тем, что в трехфазном инверторе, содержащем мост основных тиристоров с сглаживаюпхи реактором в цепи посто нного тока и ком мут1фующими конденсаторами в диап нал х переменного тока, компенсирующие реакторы и регулирующие тиристоры, последние соед1шены последовательно-встреч vHO и анодамл подклкнены к выводам переменного тока моста .основных тиристоров , при. этом обмотки компенсирующих реакторов размещены на одном магнитопроводе и одноименными зажимами подключены к точкам соединени катодов ретулируюпдах тиристоров, другие зажимы обмоток компенсирующих реакторов соединены с соответствующими выводами переменного тока моста основных тиристоров . Другое отличие сЪстоит в том, чтообмотки сглаживающего и компенсирующих реакторов размещены на одном фер ромагнитном сердечнике. , На фиг. 1 показана схема предлагаемого инвертора; на фиг. 2 и 3 по сн ет с его работа; на фиг. 4 и 5 показаны преимущества предлагаемого инвертора перед прототипом. Трехфазный инвертор содержит мост основных тиристоров 1 - 6 с конденса- тооами 7-9 диагонал х переменного тока , регулирующие тиристоры 1О - 15 .и реактор 16,обмотка 17 которого включена между анодамитиристоров 1, 3, 5 и положительным входным выводом. Регулируюндае тиристоры Ю - 15 соединены последовательно-встречно и анодами подключены к выводам переменного тока моста основных тиристоров 1 6 , при этом к точкам соединени катодов . регулирующих тиристоров 10-15 подключены одноименные зажимы обмоток 18-20 реактора 16, другие зажимы которых соединены с соответствующими выводами переменного тока моста основных тиристоров 1-6. Трехфазный инвертор работает следующим образом. Мост основных тиристоров 1-6, управл емый системой узких,- сдвоен1Ш1х через 60 ал. град, импульсов, форм1фует (фиг. 2) на коммутирующих конденсаторах 7-9 трехфазную систему напр жений , по форме близких к синусоидальным. Кроме этих напр жений на фиг. 2 пред-. ставлены также графики (1азных токов ly.-. i П и инвергорного моста 1 6 , и токов обмоток 18 - 20 реактора 16, вл ющихс компонентами фазных токов 4 А 6- С компенсирующего устройства (КУ). Величина напр жений g , v .д U gпри неизменном входном напр жении и при условии, что коммутаци тока с тиристора на тиристор протекает мгновенно, определ етс величиной угла запирани р, котора в свою очередь зависит от параметров цепи переменного тока, включенной на выходе инвертора. В эту цепь вход т нагруз-ка (не показана), конденсаторы 7-9 и некоторый эквивалент индуктивного соп ротивлени ,оьразованный обмотками 18 .20 реактора и соединенными с ними соответствующим образом регулирующими тиристорами 1О - 15. Конденсаторы 7-9 обеспечивают компенсацию реактивной мощности нагрузки и коммутацию тирист ров 1 - 6. КУ (реактор 16 - тиристоры 10 - 15) осуществл ет изменение балан са реактивной мощности в системе инве1 тор - нагрузка таким образом, чтобы об лечивалосТ. поддержание выходного напр ни взаданных пределах. Изменение реа тивной мощности, потребл емой КУ, осуществл етс изменением фазы управл ющих импульсов регулирующих тиристоров 10 - 15 относительно, фазы переменного напр жени на выходе инвертора (на ко денсаторах 7-9). Тиристоры 1О - 15 управл ютс узкими одиночными импульсам, смещенным по зе относительно друг друга на 60 эл. град. При смещении управл ющих импульсов на угол d в сторону опережени относительно момента прохождени соответствующего линейного напр жени через нулевое значение происходит поочередное (в соответствии с указанной на чертеже нумерацией) вклю чение регулирующих тиристоров 10 - 1. Если .oL ЗО эл. град.,то ипспе отпирани тиристоров 10 - 15 в обмотках 18 - 20 реактора 16 формируютс импульсы тока, имеющие длительность 2 of. . При этом величина реактивной мощности О,, потребл емой КУ, может быть найдена. по формуле ( 2ot-sin2oJ.) , Jfu;- U, где Од - действующее значение линейного напр жени ; Ц) - кругова частота инвертирова- ,ни ; . , . LQ - собственна индуктивность обмоток 18 - 20 реактора 1 d- - угол управлени . При d 30 эл. град, включение очередного регулирующего тиристора происходит только при включении следующего (согласно прин той на фиг. 1 нумерашш) регулирующего тиристора. Так, например, при включении тиристора l6 напр жение U,, на конденсаторе 9 прикладываетс к тиристору 15 в запирающей пол рности. После коммутации тиристоров 15 и Ю (линейна схема замещени этого момента представлена на фиг. За) ,, тиристор 10 находитс в провод щем состо нии до момента подачи отпирающего импульса на тиристор 11 Напр жение на тиристоре 11 при этом может быть найдено из следующего ура&Ц + и2о+исд 0, %- 1й 19 А8Эт и уравнени соответствуют схеме замещени , показанной на фиг. 35) Непосредственно моментом управл ющегоимпульса на тиристор Ц напр жени -ОсА, Ujg имеют следующую пол рность: UCA л результате чего U. о , что дагает возможной коммутацщб WpHcropoBlOHll - „ри oL ЗО эл. град, длительноаг интервала проводимости регулирующего тиристора составл ет 60 эл. град, независимо от величины d, причем при Заданном оС основное вли ние на величину реактивной мощности, отбираемой. КУ от конденсаторов 7 - 9, оказывает величина активного сопротивлени R « контура компенсации, т.е. а..- Sin2U-30 ). Из последней форглулы видно, чтов силу малости величины RC, крутизна регулировочной характеристики КУ, под которой понимаетс зависимость величины G от угла d, , приot 30 эл. град, существенно больше, чем при d 30 эл. град. Благодар этому устройство управлени инвертором может быть настроено таким образом, что КУ будет прризводить отбор реактивной мощности от конденсаторов 7-9 только при таких параметрах нагрузки, когда угол запирани fj больше некоторого наперед заданного значени Рр. Из фиг. 2 следует, что отпираш регулирующего тиристора происходи г с задержкой Е относительно момента включени k-ro тиристора инверторного моста ,при этом величины ot и р оказываютс св занными ссютнощением d +1 110° + {ь. Дл того, чтобы КУ проиводило ст.бор реактивной мощности от ковденсато-ров 7-9 начина с р р., , величина фазового сдвига Е должна быть выбрана таким .образом, чтобы при |Ь fi угол управлени cL был 30 эл. . Из этого услови имеем 0° + fbf.. Иаалее oi- aO +fi-fip. Последнее выражение показывает, что при номинальной нагрузке инвертора, копда |Ъ р у. , угол управлени об 30 эл. град. Амплитуда импульсов тока ком пенсашш в этой области может быть сделана сколь угодно малой соответствук шим выбором индуктивности Uo При fb fbf-, крутизна регулировочной харак теристики КУ зависит в основном от активных потерь контура компенсашш, что позвол ет получить жесткую внешнюю характеристику инвертора без применени автоматических устройств, управл ющих КУ в функшш параметров выходного напр жени . Последнее обсто тельство обуоловливает высокую функциональную надежность инвертора, так как -при 6 cons-t существенно упрощаетс система управлени и устран етс зависимость статических и динамичес1шх характеристик инвертора от параметров системы автрмат1гческого регулировани . Введем следующие обозначени : Вапр жение источ Щ1ка пигани В - . коэффишюнт загрузки инвертора, который определ етс следующим образом: . /QC, . где 5 н - полна мощность нагрузки; QC реактивна мощность коммути рующих конденсаторов 7 - 9. Зависимости относительной величины выходного напр лсени / Uj от коэф фициента загрузки дл различных значений параметра j, .представл ют собой вне шние характеристики инвертора. Дл предлагаемой схемы инвертора эти характерис тики на фиг. 4 показаны сплощными лини ми. На этом же рисунке дл сравнени . пунктирными лини ми изображены внещние -характеристики инвертора по схеме З i которые построены дл различных значений параметра Ч S где С -емкость конденсаторов 7-9. При равных требовани х к точности стабилизации выходного напр жени коэффициент усилени контура управлени тиристорами КУ в предлагаемой схеме буде в 10 - 30 раз Mejibme такового дл устройств , управл ющих тиристорами КУ в инверторе З J. Структура КУ в предлагаемом инверто ре такова, что потребл емый им ток при oi, 30-эл. град, по форме аналоганчен фазному току трехфазного мостового выпр мител . Вследствие этого коэффициент несинусоидальности кривой выходного напр жени инвертора по предлагаемой схеме во всем диапазоне допустимых нагрузок не превыщает 7%. Последнее подтверждаетс фиг. 5, где приведены графики зависимостей коэффициента несинусоидальности выходного напр жени от коэффициента загрузки В дл различных значений параметра Сп . Дл сравнени укажем, что коэффициент несинусоидальности кривой выходного;напр жени инвертора по схеме в режимах работы , близких к холостому ходу, составл ет 10 - 15%. Формула изобретени 1.Трехфазный инвертор, содержащий мост основных тиристоров со сглаживакь. щим реактором в цепи питани и конденсаторами в диагонал х перемешюго тока, регулирующее тиристоры и компенсирующие реакторы, отличающийс тем, что, с целью улучщени энергетичес1ШХ характеристик, регулирующие тиристоры соединены последовательно-встречно и анодами подключены к выводам переменного тока моста основных тиристоров, причем обмотки компенсирующих реакторов размещены на одном i магниторроводе и одноименными зажимами подключены к точкам соединени ; катодов регулирующих тиристоров, а другие зажимы обмоток компенсирующих реакторов-соединены с соответствующими выводами переменого тока моста основных тиристрров. 2.Инвертор по п. 1, о т п и ч а и и с тем, что обмотки сглаживающего и компенсирующих реакторов размещены на одном ферромагнитном сердечнике . Источники информащш, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 620002, кп. Н 02 М 7/515Д978. The invention relates to power converter technology and can be used to supply three-phase stabilized (adjustable) voltage to consumers with variable parameters over a wide range. A three-phase inverter is known, containing a main thyristor bridge with capacitors in AC diagonal, a smoothing reactor, two windings of which are connected between the input terminals of the inverter and the DC terminals of the main thyristors, as well as two axes of regulating thyristors connected to the output AC terminals to the output terminals inverter, the coils of the compensating reactor are connected between the DC terminals of these bridges, and the windings of the smoothing and compensating reactors are located on bottom ferromagnetic core 11. The disadvantages of this device include the complexity and considerable weight and dimensions due to the presence of a number of controlled valves. A three-phase inverter is also known, in which the output voltage stabilization device is made in the form of a reverse controlled rectifier, the terminals of the POST05 current through which are connected to the inverter input terminals through reactors. This inverter has a hard external characteristic with this method of controlling the valve system, in which the control pulses to the thyrioters of the inverter bridge and the reverse rectifier are fed with a certain set of fixed shift l. Zgo allows you to significantly simplify the control system of the inverter due to the disconnection of a number of complex nodes from its composition, which leads to an increase in the functional reliability of the device, in general 2. However, this inverter also has a number of drawbacks, to which, first of all, it is necessary to attribute considerable losses to idling, which, with the very alternating nature of the load, leads to an increase in the consumption of an electric torch; The closest in technical terms to the proposed invention is a three-phase inverter containing a bridge of main thyristors with a smoothing reactor in the nocTOSfflHoro current circuit and switching capacitors in alternating current diagonals, in parallel to which parallel compensating thyristors connected in parallel through BCTpe4H are connected compensating reactors 3,. The static and dynamic characteristics of such an inverter depend greatly on the method of control of the valve system and on the characteristics of the automatic control system that changes the phase of the control pulse-thyristors of the reactive power compensation device as a function of the output parameters. Obtaining a rigid external characteristic is associated with the use in the system of automatic control of links with large transmission coefficients, which complicates the control circuit and in some cases leads to the violation of the stability of the closed control system. An increase in the rigidity of the external characteristic of the inverter according to the scheme 3 and its improvement, the dynamic characteristics can be achieved by reducing the inductance of the compensating receptors and a corresponding decrease in the thermal conductivity of the regulating thyristors with a minimum inverter load. However, this is accompanied by a deterioration in the use of thyristors in current and an increase in the content of higher harmonics in the output voltage curve. The purpose of the invention is to improve the energy characteristics of the inverter. The goal is achieved by the fact that, in a three-phase inverter containing a bridge of main thyristors with a smoothing reactor in a direct current circuit and switching capacitors in alternating current circuits, compensating reactors and regulating thyristors, the latter are connected in series with the VHO and anode terminals connected to the output AC bridge. Main thyristors, at. Thus, the windings of the compensating reactors are placed on the same magnetic core and, with the same terminals, are connected to the connection points of the cathodes of the thyristor retouling, the other terminals of the windings of the compensating reactors are connected to the corresponding AC terminals of the main thyristors. Another difference is that the windings of the smoothing and compensating reactors are placed on the same ferromagnetic core. , FIG. 1 shows the scheme of the proposed inverter; in fig. 2 and 3, his work is removed; in fig. 4 and 5 show the advantages of the proposed inverter over the prototype. The three-phase inverter contains a bridge of main thyristors 1 - 6 with alternating current 7–7 diagonal capacitors, regulating thyristors 1O - 15, and reactor 16, the winding 17 of which is connected between the anode-thyristors 1, 3, 5 and the positive input terminal. Adjustable thyristors Yu - 15 are connected in series and counter and anodes are connected to the AC terminals of the main thyristors bridge 1 6, at the same time to the connection points of the cathodes. regulatory thyristors 10-15 connected the same terminals of the windings 18-20 of the reactor 16, the other terminals of which are connected to the corresponding AC terminals of the main thyristors 1-6. Three-phase inverter works as follows. The bridge of the main thyristors 1-6, controlled by a system of narrow ones, is doubled through 160 al. hail, pulses, molds (fig. 2) on the switching capacitors 7-9 are a three-phase system of voltages that are close to sinusoidal in shape. In addition to these voltages, FIG. 2 prev- There are also graphs (1az ly.-. i P currents and an inverter bridge 1 6, and windings 18–20 of the reactor 16, which are components of the 4 A 6-C phase currents of the compensating device (KU). Voltage g, v. If the input current from the thyristor to the thyristor is instantaneous, the g U g is determined by the locking angle p, which in turn depends on the parameters of the AC circuit connected to the output of the inverter. -ka (not shown), capacitors 7-9 and some equivalent inductive resistance, formed by the windings 18 .20 of the reactor and associated with them regulating thyristors 1O - 15. Capacitors 7-9 provide compensation of reactive load power and switching thyristors 1 - 6. KU (reactor 16 - thyristors 10 - 15) carried out There is no change in the balance of reactive power in the investor system — the load in such a way that the maintenance of the output voltage of the specified limits is maintained. The change in the actual power consumed by the capacitor unit is made by changing the phase of the control pulses of the regulating thyristors 10–15 relative to the phase of the alternating voltage at the output of the inverter (on the capacitors 7–9). Thyristors 1O-15 are controlled by narrow single pulses that are shifted across each other by 60 el. hail. When the control pulses are displaced by an angle d in the direction of advance relative to the moment of passage of the corresponding linear voltage through a zero value, alternating (in accordance with the numbering on the drawing) the inclusion of regulating thyristors 10 - 1 occurs. hail, then ipspe unlocking thyristors 10-15 in the windings 18-20 of the reactor 16, current pulses are formed, having a duration of 2 of. . In this case, the magnitude of the reactive power O, consumed by the VU, can be found. by the formula (2ot-sin2oJ.), Jfu; - U, where Od is the effective value of the linear voltage; C) is the circular frequency inverted; . , LQ - self-inductance of the windings 18 - 20 of the reactor 1 d- - control angle. When d 30 e. hail, switching on of the next regulating thyristor occurs only when the next thyristor (according to the numerator of Fig. 1) is turned on. For example, when turning on the thyristor L6, the voltage U ,, on the capacitor 9 is applied to the thyristor 15 in the blocking polarity. After switching the thyristors 15 and S (linear replacement circuit of this moment is shown in Fig. 3a), the thyristor 10 is in a conducting state until the triggering pulse is applied to the thyristor 11. The voltage on the thyristor 11 can be found from the following level. C + I2O + Isd 0,% - 1st 19 A8Et and the equations correspond to the replacement scheme shown in FIG. 35) Immediately the moment of the controlling impulse on the thyristor C of the voltage –OcA, Ujg has the following polarity: UCA l resulting in U. o, which gives the possible switch WpHcropoBlOHll - „ri oL ZO el. hail, the length of the conduction interval of the regulating thyristor is 60 el. hail, regardless of the value of d, and at a given ambient temperature the main influence on the magnitude of the reactive power taken. The capacitor capacitance from capacitors 7 to 9 is provided by the active resistance R "of the compensation circuit, i.e. and ..- Sin2U-30). It is clear from the last forglula that the force of smallness of the RC value, the steepness of the KU adjustment characteristic, which is understood as the dependence of the magnitude of G on the angle d,, at ot 30 el. hail, much more than when d 30 el. hail. Due to this, the inverter control device can be configured in such a way that the capacitor unit will make the reactive power take-off from the capacitors 7-9 only at such load parameters when the lock angle fj is greater than a certain predetermined value of Pp. From FIG. 2 it follows that the unlocking of the regulating thyristor occurs with a delay E relative to the moment when the k-ro thyristor of the inverter bridge is turned on, and the values ot and p are related to the d +1 110 ° + {ь. In order for the KU to produce the st. Power pick-up from the 7–9 co-capacitors starting from p., The phase shift E must be chosen in such a way that when | b fi the control angle cL is 30 el. . From this condition, we have 0 ° + fbf .. Jaalee oi-aO + fi-fip. The last expression shows that at the nominal load of the inverter, kopd | b p y. control angle about 30 e. hail. The amplitude of the current pulses in this area can be made arbitrarily small by the appropriate choice of inductance Uo. At fb fbf-, the steepness of the control characteristic of the capacitance depends mainly on the active losses of the compensation circuit, which allows obtaining a hard external characteristic of the inverter without using automatic devices. controlling the capacitor in the function parameters of the output voltage. The latter circumstance causes the high functional reliability of the inverter, since, at 6 cons-t, the control system is greatly simplified and the dependence of the static and dynamic characteristics of the inverter on the parameters of the automatic control system is eliminated. We introduce the following notation: The voltage source of the pigment B -. inverter booster loading, which is defined as follows:. / QC,. where 5 n - full load power; QC is the reactive power of switching capacitors 7–9. The dependences of the relative value of the output voltage / Uj on the load factor for various values of the parameter j represent the external characteristics of the inverter. For the proposed inverter circuit, these characteristics in FIG. 4 are shown in flat lines. In the same figure for comparison. The dotted lines depict the external characteristics of an inverter according to the scheme C i which are constructed for different values of the parameter S S where C is the capacitance of capacitors 7–9. With equal requirements for the accuracy of output voltage stabilization, the gain factor of the KU thyristor control loop in the proposed scheme will be 10-30 times Mejibme of that for devices controlling the KU thyristors in the Z inverter. The structure of the KU in the proposed inverter is such that im current at oi, 30-el. hail, in form, analogous to a phase current of a three-phase bridge rectifier. As a result, the non-sinusoid ratio of the output voltage curve of the inverter according to the proposed scheme does not exceed 7% over the entire range of permissible loads. The latter is confirmed by FIG. 5, which shows graphs of the dependencies of the non-sinusoidal ratio of the output voltage on the load factor B for various values of the parameter Sp. For comparison, we point out that the non-sinusoidal coefficient of the output curve: the voltage of the inverter according to the scheme in operating modes close to idle is 10 - 15%. Claim 1. A three-phase inverter containing a bridge of main thyristors with smoothing. power supply circuits and capacitors in the diagonal xmash current, regulating thyristors and compensating reactors, characterized in that, in order to improve energy characteristics, the thyristor regulators are connected in series-counter and anodes connected to the AC terminals of the main thyristors, and the windings compensating reactors are placed on the same i magnetic conductor and with the same clamps connected to the connection points; the cathodes of the regulating thyristors, and the other terminals of the windings of the compensating reactors are connected to the corresponding AC terminals of the main thyristors bridge. 2. The inverter according to claim 1, in accordance with claim 1, that the windings of the smoothing and compensating reactors are placed on the same ferromagnetic core. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate number 620002, kp. H 02 M 7 / 515D978.
2.Патент США № 3768001, кл. Н О2 М 7/48, 1973. 2. US patent number 3768001, cl. H O2 M 7/48, 1973.
3. Раскин Л. Я. Стабилизированные автономные инверторы тока на тиристорах . М., Энерги 1970, с. 9.3. Raskin L. Ya. Stabilized autonomous current inverters on thyristors. M., Energie 1970, p. 9.
ВAT
/ff/ ff
Фиг.FIG.
фиг. 2FIG. 2
, ,
V , V,
/ LA-AJ/ LA-AJ
Z.JZ.J
L %L%
45 7tO45 7tO
JJzo Jjzo
20 20
JJ
V(V (
LA.-OLA.-O
О 0,2 0, 0,6 0,8 1, Фиг.5About 0.2 0, 0.6 0.8 1, Figure 5
i4--Q,6i4 - Q, 6
1Ч--2.51H - 2.5
О ВAbout In