Автономный инвертор напряжения

 

Изобретение относится к преобразовательной технике. Цель - улучшение энергетических показателей путем канализации избыточной энергии коммутации в нагрузку и снижение коммутационных напряжений. Устройство содержит источник питания 1 и мост на тиристорах (Т) 40-45. К Т 40-45 подключен мост распределительных Т 46-51, соединенный через коммутирующие диоды 28-29 с обмоткой 32 коммутирующего тиристора и коммутирующим конденсатором 27. Конденсатор 27 соединен с зарядными Т 23-26 и коммутирующими Т 19, 20. Реакторы 21, 22 магнитосвязаны. В устройстве отсутствует накопление энергии на коммутирующем конденсатора, а его напряжение ограничивается на уровне, незначительно превышающем входное напряжение источника 1. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.80„„3 559389

А1 (51) S Н 02 М 7/515

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОИ ЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

: (21) 4248612/24-07 (22) 21.05.87 (46) 23.04.90. Бюл. и 15 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода (72) Г.Н. Коваливкер (53} 62l.314.572(088.8) (56) Авторское. свидетельство СССР

Р 1302406, кл, Н 02 М 7/515, 01.02.85.

Авторское свидетельство СССР

ll 1317588, кл. Н 02 М 7/515, 03.01.86.

Авторское свидетельство CCCP 1336170, кл. H 02 М 7/515, 06.01.86.

Авторское свидетельство СССР и 1293&07, кл. Н 02 М 7/515, 05. 10.85. (54) АВТОН0НННА HHBEPT0P НЯПРЯжКНИЯ а (57) Изобретение относится к преобразовательной технике. Цель - улучшение энергетических показателей путем канализации избыточной энергии коммутации в нагрузку и снижение коммутационных напряжений. Инвертор содержит источник питания 1 и мост на тиристорах (Т) 40-45. К Т 40-45 подключен мост распределительных Т 46-51, соединенный через коммутирующие диоды ?8-29 с обмоткой 32 коммутирующего тр-ра и коммутирующим конденсатором 27. Конденсатор 27 соединен с зарядными Т 23-26 и коммутирующими

Т 19, 20. Реакторы 21, 22 магнитосвязаны.- В устройстве отсутствует накопление энергии на коммутирующем конденсаторе, а его напряжение ограничивается на уровне, незначительно превышающем входное напряжение источни- ( ка 1. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

°

1559389

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных преобразователях частоты, в «астности в автономных инверторах напряжения электровозов переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями.

Цель изобретения — улучшение энергетлческих показателей путем канали10 зации избыточной энергии коммутации

B нагрузку и снижение коммутационнь«х напряжений.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого инвертора; 15 на фиг, 2 - диаграмма, поясняющая преобразование постоянного напряжения в трехфазное переменное; на фиг,3 - диаграмма, поясняющая электромагнитные процессы в предлагаемом ин-, 2 верторе.

Автономный инвертор напряжения содержит источник 1 питания, состоящий из трансформатора 2, тиристорного моста 3-6, сглаживающего реактора

7, фильтрового конденсатора 8, токоограничивающего реактора 9, дополнительный источник 10 питания, подключенный к системе 11 и 12 электроснабжения выполненный в виде диодного

М

ЗО моста 13-.1о, зарядного реактора 17, фильтрового конденсатора 18, коммутирующие тиристоры 19 и 20, дополнительный токоограничивающий реактор

21, коммутирующий реактор 22, зарядные тиристоры 23-26, коммутирующие конденсаторы 27 и диоды 28 и 29, разрядные диоды 30 и 31 коммутирующий трансформатор с двумя обмотками 32 и 33, возвратнь«е диоды 34 и 35, диоды 36 и 37 связи, обратные диоды 38 и 39, главный тиристорный мост ««0-45,. распределительный тиристорнь«й мост

46 -5 1, нагрузку 52 и систему 53 управления„.

Трехфазный мост главных тиристоров «0-45 подключен анодами через токо" ограничивающий реэктор 21 к основной положительной шине источника 1 питания, трехфазный мост распредег«ительных тиристоров ««6-51 подсоединен выводами переменного тока к выводам переменного . — îêà трехфазного моста главнь«х т««ристоров 40 "««5 а Вь«водами пос тоянного тока через обратные диоды

38 и 39 - к соответствующим выводам постоянного тока трехфазного моста главных тиристоров, зарядный реактор

17 подключен одним выводом к положительной шине дополни гельного источ"

1 ника 10 питания, коммутирующие тиристоры 19 и 20 включены последовательно и общей точкой соединения подключены к выводу коммутирующего конденсатора 27, разрядные диоды 30 и

31 соединены последовательно, возвратные диоды 3«« и 35 — попарно последовательно., подсоединены соответственно к шинам дополнительного источника 10 питания, коммутирующие дио" ды 28 и 29 соединены согласно последовательно и подсоединены соответственно к выводам постоянного тока моста распределительных тиристоров

««6-51, а общей тачко" соединения - к другому выводу коммутируюц1его конденсатора 27,, длоды 36 и 37 связи соединены согласно последовательно и подключень> к соответствующим шинам вспомогательного источника питания, коммутирующий трансформатор с обмотками 32 и 33 подсоединен выводами первичной обмотки к общим точкам соедлнения коммутирующих и разрядных диодов, а выводами вторичной обмотки — к общим точкам соединения возвратных диодов 3«« и 35 и диодов 36 и 37 связи, зарядные тиристоры 23-26 включень« последовательно и подсоединены к соответствующим шинам питания, тиристоры .25 и 26 общей точкой соединения объединены с общей точкой соединения коммутирующих диодов, а два других 23 и 2«« общей точкой соединения объединены с общей точкой соединения коммутирующих тиристоров 19 и

20, коммутирующий реактор 22 подклю" чен одним выводом к основной отрицательной шине источника 1 питания и другим выводом к катодам трехфазного моста главных тиристоров ««О-ч5, система 53 управления автономным инвертором содержит регулятор частоты, распределитель импульсов управления,,соединенный входом с выходом Регулятора частоты, а выходами - через усилительно-развязывающие узлы с управляющими входами тиристоров.

Обмотки токоограничивающего и коммутирующего реакторов выполнены с электромагнитной связью и с одинаковой индуктивностью, а к их соответствующим выводам подсоединены выводы коммутирующих тиристоров 19 и 20 и разрядных диодов 30 и 31.

Согласно фиг. 1-3 предлагаемый инвертор работает следующим образом.

5 155938

Согласно диаграмме фиг. 2 на интервале времени t проводят ток тиристоры 40, 42 и 45, В момент времени t„ производят выключение тиристора 40. Для этого включают распределительный тиристор 47 и коммутирующий тиристор 19. При этом конденсатор

27, заряженный первоначально плюсом на правой обкладке, начинает перезаряжаться по контуру: 27, 29, 47, 40, 21, 19, 27, вытесняя ток нагрузки иэ тиристора 40.

В момент времени t (фиг. 3) ток в тиристоре 40 спадает до нуля .(кривая Т,) и ток перезаряда конденсатора 27 замыкается по контуру: 27, 32, 30, 21, 29, 27. При этом к выключаемому тиристору 40 прикладывает« ся напряжение первичной обмотки 32 20 коммутирующего трансформатора.

Плюс обмотки 32 через диод 29 и тиристор 47 прикладывается к катоду тиристора 40, минус обмотки 32 - через разрядный диод 30 к аноду тиристора 40. Таким образом, тиристор на интервале времени tzz восстанавливает свои вентильные свойства. При этом ток нагрузки выключаемой фазы и двух других фаз замыкается по контуру: 8, 9, 19, 27; 29, 47; 52, 45, 22, 8 или

8, 9, 19, 27, 32, 30, 42, 52, 45, 22, 8.

В момент времени а за счет энергии, переданной конденсатором 27 токоограничивающему реактору 21, на интервале времени t + продолжается

его перезаряд. При этом ток нагрузки в цепи конденсатора 27 спадает, а в цепи реактора 21 нарастает. В момент

40 времени t< ток конденсатора спадает до нуля, а ток в реакторе Т, нарастает до тока нагрузки, равного приб лизительно 2/3 от тока, протекающего до момента выключения тиристора 40, и замыкается по контуру: 8, 9, 21, 42, 52, 45, 22, 8. Если в момент времени t < напряжение на перезарядившемся конденсаторе выше, чем входное напряжение инвертора, то ток выключаемой фазы замыкается no öåïè: 52, 45, 39, 47, 52. При этом тиристор 19 восстанавливает свои вентильные свойства зв счет разности напряжения (U с az U сф) по контуру: 27, 19, 9, 8, 22, 39, 29, 27. Кроме того, суще"

55 ствует второй контур для выключения тиристора 19: 27, 19 21, 30, 32, 27.

Поскольку ток выключаемой фазы проте9 6 кает по контуру, в котором отсутс- вуст комму-.ирующий реактор (8, 9, 15,, 27, 29, 47, 52, 45, 22, 8), величина индуктивности реактора 9 на порядок меньше, чем индуктивность реакторов

21 или 22, то, как только U ñòàíåò выше U,,создаются условия для вы= ключения тиристора 19 и реактивный ток (фиг. 3, кривая Т„ ) замыкает- . ся по указанному контуру (47, 52, 45, 39, 47). Если напряжение на конденсаторе 27 ниже входного напряжения инвертора (источник 1 питания), то конденсатор 27 заряжается током нагрузки по контуру 8, 9, 19, 27, 29, 47; 52, 45, 22, 8 и в момент вре.мени, когда П,, становится выше, чем U<, реактивная составляющая тока замыкается по контуру: 47, 52, 45, 39 47. В результате напряжение на коммутирующем конденсаторе независимо от величины тока нагрузки ограничивается на уровне, незначительно превышающем U Таким образом, в автономном инверторе не накапливается энергия, обусловленная выключаемым током. нагрузки.

Согласно фиг, 3 на интервале вре" мени и g реактивная составляющая тс: ка спадает (кривая I ), включается тиристор 41, ток в Фазе нагрузки 52 меняет направление и начинает увеличиваться (кривая Т, »,), а ток в реакторах 21 и 22 (кривые Т,„и I „) увеличивается до прежнего значения.

В момент времени t включаются зарядные тиристоры 23 и 26 и осуществляется дозаряд конденсатора 27 по цепи:

18, 17, 23, 26. В момент времени конденсатор заряжается до исходного напряжения, и процесс коммутации заканчивается.

Выполнение коммутирующих реакторов

21 и 22 со взаимоиндуктивностью с коэффициентом потокосцепления, близким к единице, позволяет исключить коммутационные перенапряжения на главHbtx тиристорах автономного инвертора (кривые Т и I < <,) . Так как ЭДС самоиндукцйй и взаимоиндукции„.. создаваемые в контуре 8, 9, 21, 40, 41, 22, 8 действием реакторов ? 1 и 22, взаимно компенсируются, то в процессе коммутации к тиристорам автономного инвертора прикладывается сумма напряжений, не превышающая U „ + U <.

В момент времени tq осуществляют коммутацию тиристора 45. Для этого

1559389 включают тиристоры О и 20. Колебательным перезарядом конденсатора 27 ток нагрузки вытесняется из тиристора 45 по контуру: 27, 20, 22, 45, 50,,28, 27. Затем так перезаряда конденсатора 27 замыкается по контуру: 27, 20, 22, 31, 32, 27, вследствие чего к тиристору 45 прикладывается напряжение обмотки 32 коммутирующего транс- 0 форматора. Далее на интервалах (фиг. 2) процессы повторяются аналогично.

Выполнение коммутирующих реакторов с электромагнитной связью позволяет расположить их в охлажденной шахте соосно и таким образом снизить их конструктивный объем.

Таким образом, в АИН отсутствует накопление энергии на коммутирующем конденсаторе УПК, а его напряжение ограничивается на уровне, незначительно превышающем входное напряжение источника 1 питания.

Блок управления автономным инверто-g5 ром работает следующим образом. Согласно сигналу задания Ug, поступающе" му на вход системы 53, регулятор час" тоты формирует последовательность прямоугольных положительнь1х U<, U@, U и отрицательных U, U U импульсов, нормированных и сдвинутых во времени, поступающих на вход распределителя импульсов управления. По задним Фрон" там указанных импульсов распределителем Формируются узкие импульсы Кд, в К Кл Кв Кс а также импульсы

PB c v Рд Ро Рс задержанные относительно задних фронтов импульсов, Формируемых с выхода регулятора 4п частоты на время восстановления вентильных свойств главных и коммутирующих тиристоров.

Через усилительно-развязывающие узлы импульсы U> U у Осу U< у U Пс поступают на управляющие входы главных тиристоров 40"45, импульсы К, К„К„К, Kâ, К - на Vttpee tottt входы распределительных тиристоров

46-51, импульсы KA Ке, Кс, объеди- 50 ненные через логический ИЛИ, - на управляющий вход коммутирующего тирис" тора 19, импульсы К, !(, K, объединенные через логический элемент ИЛИ,на управляющий вход тиристора 20, импульсы Р, Р, Р, объединенные по ИЛИ, поступают на управляющие входы зарядных тиристоров 23 и 2б, а импульсы Р, 5z, Р, объединенные по

ИЛИ, поступают на управляющие входы зарядных тиристоров 24 и 25.

Цифровые обозначения при алгоритмах переключения ключей „- y „,, - у, на Фиг, 2 соответствуют номерам элементов устройства на Фиг. 1.

Такая же логика обозначений принята и на Фиг. 3.

Формула изобретения

1. Автономный инвертор напряжения, содержащий трехфазный мост главных тиристоров, подключенный анодами через токоограничивающий реактор к основной положительной шине питания, трехфазный мост распределительных тиристоров, подсоединенный выводами переменного тока к выводам переменного тока трехфазного моста главных тиристоров, а выводами постоянного тока через обратные диоды - к соответствующим выводам постоянного тока трехфазного моста главных тиристоров, зарядный реактор, подключенный одним выводом к дополнительной положительной шине питания, два последовательно включенных коммутирующих тиристора, коммутирующий конденсатор, подключенный одним выводом к общей тачке соединения коммутирующих тиристоров, два последовательно соединенных разрядных диода, два попарно последовательно соединенных возвратных диода, подключенных к соответствующим вспомогательным шинам питания, два согласно последовательно включенных коммутирующих диода, подсоединенных своими соответствующими выводами к выводам постоянного тока моста распределительных тиристоров, два диода связи, коммутирующий трансформатор, подсоединенный выводами первичной обмотки к общим точкам соединения коммутирующих и разрядных диодов, а выводами вторичной обмотки - к общей точке соединения возвратных диодов, два последовательно включенных зарядных тиристора, подсоединенных к соответствующим вспомогательным шинам питания и общей точкой соединения объединенных с общей точкой соедине" ния коммутирующих диодов, коммутирующий реактор, блок управления автономным инвертором, содержащий регулятор частоты, формирующий согласно часто-: те задания последовательности прямоугольных положителЬных Ц и отрица2. Инвертор по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что обмотки токоограничивающего и коммутирующего реакторов выполняются с электромагнитной связью и с одинаковой индуктивностью

1 938 тельных U импульсов, где j — фазный индекс, нормированных и сдвинутых во времени, распределитель импульсов управления, соединенный входом с выходом регулятора частоты и формирующий по задним фронтам импульсов Б. и U óçêèå импульсы К и К . соответственно, а также импульсй P- u

Р, задержанные относительно задних фронтов этих импульсов Б и U. на время восстановления вентил ьных свойств главных и коммутирующих тиристоров. а также формирующий импульсы управления тиристорами инвертора в соответствии с логическими выражениями

= Un г = U„; Рз = U6, ;F = Us

Uñ ю Рб Uc! F Kpв Р р

Ks Р "в F — Kc F = Kl 2О

F 3 = Kh K8 Kcs F и= KqKÔñ, где F F логические функции уп равления главными тиристорами;

F — F — логические функции управления распределительными тиристорами;

Р— F< †логические функции yn" равления коммутирующими тиристорами, причем выходы распределителя импульсов управления с управляющими выходами соответствующих тиристоров связаны через усилительно-развязывающие узлы, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей путем канализации избыточной энергии коммутации в нагрузку и снижения коммутационных напряжений, 9 10 в него дополнительно введены два последовательно соединенных зарядных тиристора, подключенных к соответствующим дополнительным шинам питания и к общей точке соединения коммутирующих тиристоров, коммутирующих конден" сатор другим выводом подсоединен к общей точке соединения коммутирующих диодов, коммутирующий реактор подключен одним выводом к основной отрицательной шине источника питания и другим выводом - к катодам трехфазного моста главных тиристоров, диоды связи соединены согласно последовательно и подключены к соответствую- щим шинам вспомогательного источника питания и общей точкой соединения к другому выводу вторичной обмотки коммутирующего трансформатора, причем выводы коммутирующих тиристоров и разрядных диодов подсоединены к соответствующим выводам токоограничиваю" щего и коммутирующего реакторов, а управляющие входы дополнительно введенных зарядных тиристоров через усилительно-развязывающие узлы связаны с выходами распределителя импульсов управления, формирующего импульсы в соответствии со следующими логическими выражениями:

F,5 = P> P8 Pc F,à= P„P „° Рс

1559389

УН

Iñï

Уд2

18 54Õ Ю 7

Фие. г

Редактор И. Горная

М I

Заказ 840 Тираж 494 Подписное

ВЕИИПИ Государственного комитета о изобретениям и открытиям лри ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

М1

Н5 фЦ ччг

МХ н МБ фф нь

F5

Ф,5 тй го ч 23

Рг

W25

Составитель Г. Мыцык

Техред М,Ходанич Корректор А. Обручар