Двофазний інвертор

Корисна модель відноситься до електротехніки і може бути використаний у електроприводах змінного струму для частотного регулювання двофазних асинхронних електродвигунів із короткозамкненим ротором, головним чином, транспортного (тягового) призначення. Відомі розробки напівпровідникових перетворювачів електроприводів змінного струму для регулювання двофазних двигунів основані на використанні двофазних інверторів, що складені з двох однофазних мостів, плечі яких утворені зустрічно-паралельно з'єднаними тиристорами і діодами [1]. Недоліком таких інверторів є те, що вимкнення тиристорів здійснюють за допомогою вузлів примусової комутації, що добре на частотах 0...100Гц, але не дозволяє реалізувати широтно - імпульсну модуляцію (ШІМ) напруги з частотою 3...6кГц потрібною для формування синусоїди струму двигуна і регулювання величини напруги двигуна у широкому діапазоні. Зміна тиристорів на IGB-транзисторні модулі, які дозволяють реалізувати частоту 3...6кГц, призводить до непомірної коштовності двофазного приладу, - до 120% вартості трифазного IGBтранзисторного інвертора, також знижує його надійність (вісім транзисторів проти шести). Прилад, найбільш близький до корисної моделі, що заявляється, описано у [1], рис.1б. Відомий прилад, обраний прототипом, має недоліком те, що він обмежений по частоті модуляції через що непридатний для ефективного формування синусоїдальної кривої струму двигуна відповідної стандарту якості електроенергії, також обмежений у діапазоні регулювання величини напруги двигуна. В основу корисної моделі поставлена задача забезпечення формування стандартної синусоїду ви хідного струму дво фазного інвертора, забезпечення широкого діапазону регулювання величини вихідної напруги при менших витратах на виготовлення двофазного виробу більш високої надійності ніж трифазний. Технічний результат досягається упровадженням у інвертор IGB-транзисторних формувачів син усоїдального струму між полюсом джерела живлення постійного струму та полюсами однофазних тиристорно-діодних мостів, до яких за допомогою розподільних тиристорів приєднано також вузол примусової комутації тиристорів мостів, що містить комутаційні тиристор, дросель та конденсатор. До діагоналей згаданих мостів приєднані обмотки двофазного асинхронного двигуна. IGB-транзисторні формувачі за методою синусної ШІМ напруги джерела живлення формують на своїх виходах одно полярні півхвилі напруги, які за допомогою тиристорних мостів, виконуючих функцію реверсорів, прикладаються до обмоток двигуна по черзі у прямому і зворотному напрямках, внаслідок чого в обмотках протікає змінний струм синусоїдальної форми. Суть корисної моделі, що заявляється, пояснюється кресленням: на Фіг.1 подана принципова схема двофазного інвертора на Фіг.2 - діаграми напруг й стр уму, діючи х у його ланках. Двофазний інвертор одержує живлення від джерела 1 постійної напруги U d. Перша фаза інвертора створена із формувача синусоїди, який реалізовано на базі IGB-транзисторна 2 і зворотного діода 3, що разом утворюють модуль, та моста-реверсора, у кожному плечі якого установлені тиристорно-діодні модулі 4-5, 6-7, 8-9, 10-11. Аналогічно побудована друга фаза інвертора відповідно з IGB-транзисторного модуля 12-13 та тиристорнодіодних модулів 14-15, 16-17, 18-19, 20-21. Спільний для обох .фаз інвертора вузол примусової комутації тиристорів мостів-реверсорів містить дросель 22, конденсатор 23 і комутаційний тиристор 24. Резистор 25 забезпечує підтримку високого рівня напруги на конденсаторі 23. До мостів-реверсорів вузол примусової комутації приєднано через розподільні тиристори 26 і 27. Електрично не зв'язані між собою дві фази Ах і ВУ асинхронного двигуна 28 включені у діагоналі мостів-реверсорів. Прилад працює таким чином. Оскільки фази інвертора ідентичні розглянемо роботу однієї. IGBтранзисторний модуль 2-3 формувача першої фази за методою синусної ШІМ перетворює постійну напругу U d джерела 1 у ви хідну напругу UPM, яка подається на полюси Р-М моста-реверсора, Фіг.2. На інтервалі [0...p] включені тиристори 4 і 10, через які напруга UPM підводиться до фази Ах двигуна 28, внаслідок чого у фазі Ах протікає позитивна півхвиля синусоїди струм у iA. Коли увімкнутий транзистор 2 струм i A протікає у ланцюгу 1-2-4А-28-х-10-1. У нульових паузах, коли транзистор 2 вимкнутий, UPM=0, струм iA замикається у ланцюгах 28-х-9-4-А28 і 28-х-10-7-А-28, тоді UA=0 теж. У момент p модуль 2-3 вимкнутий, включається комутаційний тиристор 24, конденсатор 23 перезаряджається у контурі 23-22-24-23, змінює полярність напруги на своїх клемахзавдяки чому тиристор 24 вимикається. Вслід за цим при включені тиристора 26 розрядний струм конденсатора 23 протікає у контурах 23-10-9-26-22-23 і 23-7-4-26-22-23, що призводить до вимкнення тиристорів 4 і 10. Залишок розрядного струму після цього протікає у контурах 23-11-9-26-22-23 і 23-7-5-26-22-23, внаслідок чого полярність напруги на конденсаторі 23 стає як на початку, тиристор 26 виключається, конденсатор 23 підзаряджається через резистор 25 від джерела 1. Вмикаються тиристори 6 і 8, але оскільки струм і A ще не змінив напрям, він протікає у ланцюгу 28-х-9-3-1-7-А-28 доки не спаде до нуля. При цьому напруга на фазі Ах має негативну полярність і струм iA змінює напрям на протилежний протікаючи у ланцюгу 1-2-8-х-28-А-6-1 при включені транзистора 2 і у ланцюгах 28-А-611-х-28 і 28-А-5-8-х-28 у нульових паузах. Формується негативна півхвиля синусоїди струму і A. Далі процес p повторюється. У другій фазі ВУ такі ж процеси зсунуті на 2 . Таким чином, корисна модель, що заявляється забезпечує синусоїдальну форму струмів двигуна за допомогою лише двох IGB-транзисторів проти шести у трифазному інверторі, до того ж тиристорно-діодні модулі мостів-реверсорів значно дешевші і надійніші від IGB-транзисторних. Усе це сприяє зниженню вартості й підвищенню надійності приладу. Прототип. [1] Шаповал В.П. Раціональні структури тягових перетворювачів частоти. Збірник наукових праць "Напівпровідникові та мікропроцесорні пристрої в електроенергетичних системах транспорту", Вип.39, Харківська Державна Академія залізничного транспорту, Харків, 2000, с.36-41.