RU1098495C - Последовательный инвертор - Google Patents

Abstract

1. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР , содержащий подключенные первыми обкладками, к соответствующим входным выводам два конденсатора, каждый из которых зашунтирован последовательно соединен11ыми тиристором и дросселем и подключен второй обкладкой, через встречный диод к другому входному выводу, две последовательные цепочки в каждой фазе, состо щие из дополнительного дроссел  и диода, включенного согласно с тиристором, и соединенные со вторыми обкладками кон денсаторов. а также цепь нагрузки и блок широтно импульсного управлени  тиристо рами, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможногСТей за счет обеспечени  регулировани  частоты и получени  многофазного выходного напрйжеНй . введен многофазный выпр мительный мост; подключенный встречно ко входным выводам и соединенный вы.водами переменного тока с цельюнзгрузки, атакже на 1( фазу введены два дополнительнь1х тиристора, два дополнительных конденсатора и два трансформатора, первична  обмотка каждого из которых включена последовательно с доодом соответствующей последовательной цепочки и совместно с ним зашунтирована дополнительным тиристором, причем все 11оследова1тёльнь1ецепочхи соединены параллельноч а вторичные обмотки трансф|ррматорр& включены последовательно с соответствуюсл щими диодами выпр мительного моста с плечи крторогЬ зашунтированы дополнительными конденсаторами. 2. Инверто|3 по п. 1. о т л и ч SK щ и и с   тем ЧТО) при с офазном выходном напр жении трансформатор снабжен до11 нйтёльйой ефрйчйрйдбмоткой, вклюо о ч1енндй в соответствующее гглечр Выпр митёй ногомоста . 00 ел

Description

Изобретение относитс  к области преобразовани  посто нного тока в переменный регулируемой частоты и амплитуды с различным числом фаз с помощью тйристорных инверторов с последовательной коммутацией и может быть использовано дл  регулировани  скорости элeкtpoдвигaтелей переменного тока и дл  систем электропитани  с количеством фаз. отличными О1,.6|лыц  енных.

Известен последовательный инвертор с двумй источниками питани , который содержит коммутируюа ий LC-KOHtyp, ключевые элементы, соединени  мостового типа дл  подключени  ключевых элементов к источника питайй . Недостатки этого инвертора: несимметричнь й режим работы, частично импульсное регулирование выходного напр жени , ограничени  по величине сопротивлени  нагрузки.

Известен также Посл а1оват1ельный инвертор , содер: 94ций четь1ре LC-KOHrypa с тиристорами. св 31анных через диоды с источником питани , и четыре ключевых элемента в цепи нагрузки. Инвертор обесгтечивает симметричный режим преобразовани , но сложен и не допускает регулировани  выходного 1 пр женй , нагрузка инвертора должна быть индуктивного характера.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  ггоследовательный инвертор, содержащий первую и вторую  чейки, в каждой из которых к соответствующей ши«е питани  подключен кон денсатор. а параллельно ему включены последовательно со€диненн ые первый дроссель и тиристор, к которому подключены два разнрпол рно включенных диода первый диод, включенный встречно с тиристорои , соединен с друго шиной литани  непосредственно; второй диод включен согласно е тиристором и последовательно со вторым дросселем, цепь нагрузки и блок щиротна-импульсного управлени  тиристорами .; ; . /. Г .;,; ;. ;.; .:

Инвертор устойчив во всем диапазоне изменени  сЬЯротивдёни  ни грузки от бесконечности до нулевого значени . Выходнойпараметррегулируетс  широтно-импульсным Методом.

Однако указанный инвертор не обеспечивает получение переменного напр жени  (тока)с частотой ниже.чем собственна  частота инвертировани , а при исполнении на низкие рабочие частоты имеет неудовлетворительные габаритно-весовые показатели.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей инвертора за счет обеспечени  возможности

регулировани  частоты и получени  многофазного выходного напр жени .

Дл  дости кени  поставленной цели в последовательный инвертор, содержащий

подключенные первыми обкладками к соответствующим входным выводам два конденсатора , каждый из которых зашунтирован последовательно соединенными тиристо0 ром и дросселем и подключен второй обкладкой через встречный диод к другому входному выводу, две последовательные цепочки в каждой фазе, состо щие из дроссел  и диода, включенного согласно С5 тиристором, и соединенным со вторыми обкладками конденсаторов, а также цепь нагрузки и блок широтно-импульсного управлени  тиристорами, введен многофазный выпр мительный мост, подключенный

0 встречно к входным выводам и соединенный выводами переменного тока с цепью нaгpyзкИv Кроме того, на каждую фазу введены два дополнительных тиристора, два дополнительных конденсатора и два транс5 форматора, первична  обмОтка каждого из которых последовательно с диодом соответствующей последовательной цепочки и сорместно с ним зашунтирована дополнительным тиристором, причем все

0 последовательные цепочки соединены параллельно , а вторичные обмотки тр ансфОрматороа включены пос едовательно с соответствующими диодами выпр мительного моста, плечи которого зашунтированы

5 дополнительными конденсаторами.

При однофазном выходном напр жении каждый трансформатор снабжен дополнйтельной вторичной обмоткой, включенной в соответствующее плечо еы0 пр мительного моста.

Инвертор позвол ет преобразовать напр жение посто нного тока в переменное напр жение регулируемой частоты и амплитуды с различным числом фаз за счет раз5 дельного регулировани  тока в обмотках доподнительных трансформаторов путем соответствующего управлени  дополнительными тиристорами с помощью импульсов запуска, поступающих из блока

0 широтно-импульсного управлени  тиристорами .

На фиг. 1 изображена схема трехфазнеого варианта устройства: на фиг.2 - схема

однофазного устройства, на фиг.З. 4 - вре5 менные диаграммы напр жений U и токов I

элементов инверторов.

Инверторы (фиг.1 и 2) содержат тиристоры 1. 2, подключенные к входным выводам конденсаторы 3. 4. последовательно с тиристорами включены дроссели 5. б и встречные диоды 7, 8 последовательные цепочки , состо щие из диодов 9-14 и дополг нительных дросселей 15-20. Дополнительные тиристоры 21-26 шунтируют диоды 9-14 и последовательно соединенные с ними первичные обмотки 27-32 трансформаторов . Инвертор содержит также источник питани  33, блок широтно-импульсного управлени  34 и многофазный выпр мительный:мост на диодах 35-40, включенных встречно, причём последовательно с диодами включены вторичные oбмotки 41-46 трансфррматоров. а виводы переменного тока моста соединены с цепью нагрузки, дополнительные конденсаторы 47-52. На фиг.2 Д01полнительные вторичные обмотки 53. 54 трансформаторов включены аналогично основным.. Буквами обозначены места подключени  первичных обмоток трансформаторов.

На фиг.З а-е приведены временные диаграммы напр жений U и токов i элементов инвертора фиг,1: а - напр жение U на конденсаторах 3. 4; б-- напр жение U нЗ тиристорах 1,2; в- ток i через дроссели 5,6 итириеторМ t, 2; г-ток I через кондёнсатб ры 3,4, д - ток Гчерез катушки 15-20: е -ток Г через диоды 9-14 и первичные Ьбмотки 27-32 трансформаторов.

Нафиг;4, а-в, приведены временные диаграммы токов I и напр жений U мостовой схемы;

а - ток I через вторичные обмотки 41,46 трансформаторов и диоды 35.40;

б - ток i через вторичные обмотки 43,44 трансформаторов и диоды 37, 38;

в-напр жение и одной фазы на выходе инвертора.

Инвертор работает следующим образом .

Перед пуском инвертора конденсаторь 3 и 4 (фиг, 1) зар жены от источника 33 питани  до его напр жени  (например, за-счет токов утечки диодов 7 и 8, если эти токи много больше токов утечки тиристоров 1 и 2). Конденсаторы 47-52 зар жены до напр жени , равного половине напр жени  ис точника 33. Напр жени  на выходных выводах инвертора равны нулю.

В момент времени ti (фиг. 36) импульсами запуска, поступающими из блока 34 управлени  (фиг,1), одновременно включаютс  тиристоры 1 и 2 и происходит перезар д конденсаторов 3 и 4 через тиристоры 1 и 2 и дроссели 5 и 6. Колебательные контуры, образованные указанными кон денсаторами и дроссел ми, имеют высокую добротность и собственную частоту, в несколько раз выше рабочей частоты инвертора , поэтому к концу первого полупериода собственной частоты контуров (момент времени t2 на фиг.За) конденсаторы зар д тс  до напр жени  первоначального значени , но противоположного знака.

В течение этого полупериода за отрезок 5 времени ri t2-ti в контурах инвертора (фиг. 1) протекает импульс тока синусоидальной формы, показанный на фиг. Зв, г. В момент времени t2 (фиг. За) ток в контурах спадает до нул ,-тиристоры t и 2 (фиг.1)

0 выключаютс , и начинаетс  перезар д конденсаторов 3 и 4 по источник 33, конденсатор 3, дроссели 15-20, диоды 9-14, первичные обмотки 27-32 трансформаторов , конденсатор 4 синусоидальной пол5 уволной тока (фиг. Зг и Зд) длительностью Г2 t4-t2 (фиг. За). При отсутствии импульса запуска Дополнительных тиристоров 21-26 (фиг.1) из блока 34 улравлени  токи первичных обмоток 2t, 28, 29, 30, 31, 32 трансфор0 маторов трансформируютс  в их вторичных обмотках 41, 42, 43, 44, 45, 46; при симметрии схемы.диодного моста эти токи не могут изменить напр жений на конденсаторах 47, 48, 49, 50, 51, 52, напр жени  на выходных

5 зажимах инверторы равны Нулю, а трансформируема  энерги  возвращаетс  в источник 33 питани . В момент времени t3 напр жение на конденсатора 3 и 4 (фиг. 1), а также тиристорах 1 и 2 становитс  равно

0 нулю (t3-t2 - врем , предоставл емое дл  восстановлени  запирающих свойств тиристоров ), конденсаторь 3 и 4 начинают зар жатьс  напр жением первоначальной пол рности. К моменту, когда напр жение

5 на конденсаторах 3 и 4 достигает величины напр жени  источника 33 питани , в дроссел х 5,16,17,18., 19, 20 еще имеетс  некотора  избыточна  реактивна  энерги , котора ,также возвращаетс  в источник 33

0 питани  по цепи; дроссели 15,16,17,18,19, 20, обмотки 27, 28, 29, 30, 31, 32 трансформаторов , диоды 7 и 8. в момент времени тз токи в цеп х инвертора прекращаютс  и схема возвращаетс  в исходное состо ние.

5 При подаче импульсов запуска из блока 34 управлени  на дополнительные тиристоры 21, 22; 23, 24, 25, 26 в момент времени ts (фиг. Зе) первичные обмотки 27, 28, 29, 30, 31, 32 трансформаторов шунтируютс  до0 полнительными тиристорами, вследствие этого токи в первичных обмотках, а следовательно , и во вторичных обмотках 41, 42, 43, 44, 45, 46 трансформаторов протекает толь: ко в течение промежутка времени гз t5-t2.

5 Поскольку дополнительные тиристоры 21, 22, 23. 24, 25. 26 управл ютс  независимо друг от друга, изменением длительности Гз протекани  тока в обмотках отдельных трансформаторов вызываетс  разбаланс

напр жений на конденсаторах 47,48,49,50, 51, 52. Например, если тиристоры 21 и 25 будут включены раньше тиристоров 22 и 24, напр жени  на конденсаторах 47 и 51 уменьшатс , а на конденсаторах 5€ и 51 увеличатс , при этом между 8Ь1ходн 4ми зажимами viHBepTOpa по вл ютс  напр жени , величину й.закон изменени  которых можно регулировать Изменением мo 4eнтa включени  каждого из дополнительных тиристоров 21,22, 2$. 24,25, 26,

Однофазный инвертор раЗотаёт аналогично описанному;. Его схема отличаетс  только наличием Двух трансфор каждый из которы х имеет file вторичные обмотки 41,54 и 42,53 соответственно.

При большом 0т«ошении частоты инвертировани  к выходной частоте устройства (как правило, отношение составл ет не менее двух пор дков) инвертор позвол ет получить выходное синусоидальное напр жение с достаточно малыми Пульсаци ми с частотой инвертировани  на выходе. Инвертор имеет высокую нэдежность и долговечность , коэффициейт мощности со стороны питающей сети равен 1, КПД равен 0.9 (при мощности инвертора 5 - 15 кВт).

(56) Авторское свидетельство СССР Мг 982510, кл. Н 02 М 7/515,1978.

Авторское свидетельство СССР № 982511. кл,Н 02 М 7/515,1978.

Авторское свидетельство СССР I 1011016, кл. Н 02 М 7/515,1980.

llfHtlffff.

«м

.

м Ъ

М1Ш1