Тиристорный прерыватель постоянного тока

 

1. ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕРЫВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий рабочий тиристор, включенньй последовательно с нагрузкой, коммутирующую цепь из последовательно соединенных конденсатора и коммутирующего тиристора,подключенную параллельно рабочему тиристору, перезарядную цепь конденсатора из последовательно включенных дросселя и вспомогательного тиристора и обратный вентиль, включенный параллельно нагрузке, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической устойчивости и КПД,в него введены пороговый элемент, интегрирующая RC-цепь, параметрический стабилизатор и коммутирующий диод, при этом управляющий электрод обратного вентиля через пороговый элемент соединен с выходом интегрирующей КС-цепи, вход которой соединен с выходом параметрического стабилизатора, а его вход через коммутирующий диод соединен с анодом обратного вентиля. 2. Прерыватель по п.1, о т л ичающийся тем, что параллельно дросселю между катодом рабочего ти§ ристора и катодом вспомогательного тиристора включена последовательная (Л цепь, которая состоит из первого и второго стабилитронов,резистора . и дос: полнительного коммутирующего диода, причем точка соединения первого и второго, стабилитронов соединена с управляющим электродом рабочего тиристора . со С71 Jiik

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОЮ (11) g g Н 03 К 17/72 Ъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOlVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3567805/18-21 (22) 14.03.83 (46) 30.05.84.Бюл. В 20 (72) Ю.Г.Соколов, Л.Я.Зиннер и Г.С.Войцеховский (53) 621.374.3(088.8) (56) 1. Заявка Японии И 57-18732, кл. Н 03 К 17/72, 1982.

2. Забродин Ю.С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации ти1ристоров.М.,"Энергия",1974,с.б,рис.11б (54)(57) l. ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕРЫВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий рабочий тиристор, включенный последовательно с нагрузкой, коммутирующую цепь из .последовательно сбединенных конденсатора и коммутирующего тиристора, подключенную параллельно рабочему тиристору, перезарядную цепь конденсатора из последовательно включенных дросселя и вспомогательного тиристора и обратный вентиль, включенный параллельно нагрузке, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения динамической устойчивости и КПД,в него введены пороговый элемент, интегрирующая RC-цепь, параметрический стабилизатор и коммутирующий диод, при этом управляю" щий электрод обратного вентиля через пороговый элемент соединен с выходом интегрирующей RC-цепи, вход которой соединен с выходом параметрического стабилизатора, а его вход через коммутирующий диод соединен с анодом обратного вентиля.

2. Прерыватель по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что параллельно дросселю между катодом рабочего тиристора и катодом вспомогательного Pg тиристора включена последовательная цепь, которая состоит из первого и второго стабилитронов,резистора . и дополнительного коммутирующего диода, причем точка соединения первого и второго стабилитронов соединена с управляющим электродом рабочего тиристора.

1095407

Изобретение относится к сильноточной импульсной технике и может быть использовано в устройствах регулирования тока в тиристорных электроприводах. 5

Известен тиристорный прерыватель постоянного тока, содержащий рабочий тиристор и нагрузку, в котором параллельно рабочему тиристору включена последовательная цепь, состоящая из индуктивности и нелинейного резистивного элемента, параллельно ука; занному элементу включена цепь коммутации, состоящая из последовательно вклю-, ченных коммутирующего тиристора и конденсатора,при этом нагрузка шунтирована обратным диодом 1 ).

Недостатком этого устройства является низкая динамическая устойчивость при изменении характера и величины на- 20 грузки и низкий КПД из-эа потерь энергии в коммутирующих элементах в режиме холостого хода.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является тиристор->5 ный прерыватель постоянного тока, содержащий рабочий тиристор, включенный последовательно с нагрузкой, коммутирующую цепь из последовательно соединенных конденсатора и коммутирующего ЗО тиристора, подключенную параллельно рабочему тиристору, перезарядную цель йз последовательно включенныХ дросселя и вспомогательного тиристора и обратный вентиль, включенный параллельноЗ5 нагрузке(2 ).

Однако это устройство также имеет низкую динамическую устойчивость и низкий КПД, так как надежность коммчтации ограничена напряжением на комму- 40 тирующем конденсаторе и не зависит от тока нагрузки, а КПД вЂ” потерями в элементах коммутации, которые почти не изменяются с уменьшением мощности в нагрузке. 45

Цель изобретения — повьппение динамической устойчивости и КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в тиристорный прерыватель постоянного тока, содержащий рабочий тирис- 5О тор, включенный последовательно с нагрузкой, коммутирующую цепь из последовательно соединенных конденсатора и коммутирующего тиристора, подклю«енную параллельно рабочему тиристору, перезарядную цепь конденсатора из последовательно включенных, дросселя и вспомогательного тиристора и обратный вентиль, включенный параллельно нагрузке, введены пороговый элемент, интегрирующая RC-цепь, параметрический стабилизатор и коммутирующий диод, при этом управляющий электрод обратного вентиля через пороговый элемент соединен с выходок интегри— рующей RC-цепи, вход которой соединен с выходом параметрического стабилизатора, а его вход через коммутирующий диод соединен с анодом обратного вентиля.

Кроме того, параллельно дросселю между катодом рабочего тиристора и катодом вспомогательного тиристора включена последовательная цель, которая состоит из первого и второго стабилитронов, резистора и дополнительного коммутирующего диода, причем точка соединения первого и второго стзбилитронов соединена с управляющим электродом рабочего тиристора.

На фиг.1 показана принципиальная электрическая схема устройства1 на фиг.2 — эпюры напряжений и токов основных точек схемы.

Устройство содержит рабочий тиристор 1, включенный последовательно с источником 2 питающего напряжения и нагрузкой 3. В качестве нагрузки 3, например, используется двигатель постоянного тока. Параллельно рабочему тиристору 1 подключена коммутирующая цепь, состоящая из последовательно соединенных тиристора 4 и конденсатора 5. Параллельно конденсатору 5 подключена перезарядная цепь из тиристора 6 и дросселя 7, параллельно которому, в свою очередь, подсоединена ограничивающая цепочка.

Она состоит из последовательно соединенных диода 8, резистора 9и двух стабилитронов 10 и 11, параллельно последнему из которых подключен управляющий электрод рабочего тиристора 1. Параллельно нагрузке 3 включен обратный вентиль 12, к управляющему электроду которого через последовательно соединенные интегрирующую

RC-uerrt pesvcx

14 и пороговый элемент, например стабилитрон 15, подклю е н выход параметрического стабилизатора постоянного напряжения, состоящий из резистора 16 и стабилитрона 17. Вход этого стабилизатора через диод 18 подключен параллельно нагру ке 3. Управляющие электроды тири торов 4 и 6 подкЛючены к схеме 19 управления.

3 109540 !

Устройство работает следующим образом.

Схема 19 управления после включения начинает вырабатывать две последовательности импульсов (фиг.2а,б),5 которые имеют небольшой начальный фазовый сдвиг . Причем опережающая последовательность (фиг.2а) поступает на вход тиристора 6, а отстающая (фиг.26) — на вход тиристора 4. 10

Устройство не критично к тому, какая иэ импульсных последовательностей (фиг,2а,б) поступит на него вначале. Так как в исходном положе— нии конденсатор 5 не заряжен, то с приходом в момент времени t<, например, импульса на вход тиристора 6 выходного тока в нем не появится. Далее в момент времени С2 с приходом 1 импульса на вход тиристора 4 происходит его включение и по контуру 4-5-3-2 начинает протекать ток, заряжая конденсатор 5 напряжением, полярность которого указана без скобок. Диаграммы напряжения и тока конденсатора и нагрузки представлены соответственно на фиг.2в,г,д,е. Если не было бы активных потерь в контуре заряда, то напряжение на конденсаторе в конце этого процесса в момент времени t3 было Зр бы в 2 раза больше напряжения источника питания. В практической схеме оно

" составляет около 1,8 0

В момент времени С,1 опять поступает открывающий импульс на вход ти35 ристора 6 и через него и дроссель 7 происходит колебательный процесс перезарядки конденсатора 5 до полярности; указанной на фиг.1 в скобках. В мо.мент времени t1 схема 19 управления опять открывает тиристор 4 и через него и далее по контуру 4-5-3-2 происходит колебательный процесс перезаряд" ки конденсатора 5 до еще большего напряжения на величин j почти равную Ц т 45 гак как вначале процесса источиик 2ч.. конденсатор 5 по полярности своих на" пряжений включены согласно в перезарядном контуре.

В следующий момент времени С схема

19 управления открывает тиристор 6 и происходит очередная перезарядка конденсатора 5 через дроссель 7.

Качественно ничего нового в рассмотренных процессах не происходит 55 до тех лор, пока напряжение на конденсаторе 5 не превзойдет определенный уровень -Цс „ который обеспечивает см с заданным запасом его способность скоммутировать рабочий тиристор 1. Berr wvvag . устанавливается подбором

min напряжения стабилизации стабилитронов 10 и 11.

Допустим, к моменту времени + напряжение на конденсаторе 5 превысило этот уровеньЦ,„ за предыдущий перезаряд t - С, (фиг.2в) . Тогда в момент времени С в стабилитроа ны 10 и 11 по цепи 8-9-10-11 потечет ток. НапряженЙе на стабилитррне 11, приложенное к управляющему переходу тиристора 1, откроет его и обеспечит прохождение тока от источника 2 питающего напряжения через тиристор 1 к нагрузке 3.

Затем через интервал времени

ta — t

С открытием тиристора 4 в момент времениС конденсатор 5 создает встреч1а ную коммутирующую составляющую тока че"рез тиристор 1, которая превосходит Г по величине основной рабочий ток ти- . ристора 1 и он практически мгновенно закрывается ° Конденсатор 5, "перехватив" ток нагрузки с тиристора 1> начинает перезаряжаться ло цепи

2-4-5-3.

Если пренебречь падением напряжения на открытом тиристоре 4, то в любой момент этого перезарядного процесса (С о - С 1 ) напряжение на нагрузке 3(Цн I равно сумме напряжений источника 2 питания (Ц. ) и конденсатора 5 (Ucj (1< = uÄÄ+u, .

Питающее напряжение схемы постоянно(Ц„ т=смз.С), поэтому характер изме- . нения напряжений 0н и Uc одинаковый.

Из уравнения видно, что в момент времени С-.м полного разряда конденсатора 5 Цс = О, напряжение на нагрузке

U -= 0 . При дальнейшей перезарядке конденсатора 5 до питающего ряжeHHa Цс 0„ B MoMeHT вр ниС напряжение на нагрузке равно нулю. В течение времени Ф1 - 113 зарядка конденсатора 5 осуществляется реактивным током нагрузки, напряже1095407 ние которой начинает расти с нуля в обратном направлении. Обратная полярность напряжения на нагрузке является открывающей для диода 18, через который и далее через ре- 5 зисторы 16 и 13 с момента времени 4<< начинается процесс зарядки конденсатора 14. Как только его напряжение превзойдет уровечь пробоя порогового элемента 15(0„, >01 ) в момент времени 1„ последний "пробивается" и разряжает конденсатор 14 через управляющий переход обратного вентиля 12, открывая его. При этом обратный вентиль 12 "перехватывает" ток нагрузки, обрывая процесс зарядки конденсатора 5 реактивным током нагрузки 3. Для стабилизации интервала задержки Т включения обратного вентиля 12 с момента перехода через 20 нуль напряжения нагрузки включен стабилитрон 17, который совместно с резистором 16 образует схему параметрического стабилизатора постоянного напряжения. С его выхода через резис 2Э тор 13 осуществляется зарядка кон,денсатора 14. Ввиду того, что интервал времени t 2 -11 за который напряжение нагрузки 3 возрастает от нуля до порога стабилизации пара- ЗО метрического стабилизатора, достаточно мал по абсолютной величине и малы его изменения в зависимости от варьирования нагрузки, то режим зарядки конденсатора 14 до уровня срабатывания порогового элемента 15 †(7„, а стало быть и создаваемая задержка включения обратного вентиля 12 () остаются постоянными во всем диапазоне изменения нагрузки и выходного на-40 пряжения прерывателя. После открытия обратного вентиля 12 в момент време ни 1;ц ток нагрузки, замкнутый через него, начинает спадать по экспоненте (фиг.2д).

Далее в момент времени 1„ со схе мы 19 управления поступает очередной открывающий импульс на вход тиристора 6 и повторяются все процессы в схеме, имеющие место на рабочем интер-: вале времени t -1„ . Изменением фазы между импульсами управления тиристорами 4 и 6 осуществляется регулирование среднего значения выходного напряжения и тока нагрузки устройства.

На интервале времени1 - показа—

11 Я ны эпюры выходных напряжения и тока нагрузки прерывателя для предельного запаздывания входных открывающих импульсов тиристора 4 относительно импульсов тиристора 6.

Итак, предлагаемое устройство обеспечивает постоянство интервала дозарядки конденсатора 5 в конце коммутационных процессов. При этом с ростом нагрузки увеличивается и реактивный ток дозаряда конденсатора. При постоянном времени доэарядки в соответствии с известным соотношением параметров конденсатора С с Эар

1 с с с где 0с „g, С, 1С ° 1,. — соэа ответственно напряжение, заряд, емкость, зарядный ток и интервал заряда конденсатора, с ростом тока будет пропорционально возрастать и напряжение U . Это позволяет увеличить коммутирующую способность и динамическую устойчивость устройства

Кроме того, в известных устройствах в качестве обратного вентиля обычно используется диод, поэтому коммутирующий конденсатор перезаряжается в конце коммутационных процессов до определенного неизменного уровня независимо от любых регулировок и изменений выходного напряжения и .нагрузки. Это приводит к выбору величины емкости коммутирующего конденсато ра по наиболее тяжелому режиму нагрузки, что снижает КПД цепи коммутации и устройства в целом.

В предлагаемом устройстве за счет обеспечения прямо пропорциональной зависимости коммутирующей способности от изменения нагрузки (ее тока) удается в 2-3 раза по сравнению с известными схемами уменьшить емкость коммутирующего конденсатора и коммутационные потери, увеличив на 5-107.

1095407

Г) д) Составитель А.Бомко

Редактор M.Ïåòðoâà Техред Л.Коцюбняк

Корректор A.Ôåðåíö

Заказ 3622/42 Тираж 862 Подписное

ВНИЙПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 а) б) Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4