Магнито-транзисторный коммутатор для управления вентильным преобразователем

 

МАГНИТОТРАНЗИСТОРНЫЙ КОММУТАТОР ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ,содержащий две шестифазные ячейки с коммутирующими транзисторами и шестью четырехобмоточными трансформаторами, в которых эмиттеры коммутирующих транзисторов объединены в общую шину, коллекторы подключены к выводам входных обмоток соответствующих трансформаторов, базы - через развязьтающие диоды к выводам первой и второй дополнительных обмоток трансформатора , другие выводы этих обмоток соединены с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, первые выводы входных обмоток первого и второго трансформаторов первой ячейки и третьего трансформатора второй ячейки соединены с коллектором первого коммутирующего транзистора первой ячейки, первые выводы входных обмоток первого и второго трансформаторов второй ячейки и третьего трансформатора первой ячейки соединены с коллектором первого коммутирующего транзистора второй ячейки, первые выводы входных обмоток пятого и шестого трансформаторов первой ячейки и четвертого трансформатора второй ячейки соединены с коллектором второго коммутирующего транзистора первой ячейки, первые выводы входных обмоток пятого и щестого.трансформаторов второй ячейки и четвертого трансформатора первой ячейки соединены с коллектором второго коммутирующего транзистора второй ячейки, вторые выводы входных с 8 обмоток трансформаторов каждой фазы обоих ячеек соединены с соответствующими входными шинами фаз управления, (Разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток первого и второго трансформаторов первой ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток шестого трансформатора и первый вывод первой дополнительной обмотки третьего трансформаСО тора второй ячейки соединены через оо о развязывающие диоды с базой первого коммутирующего транзистора второй ячейки, разноименные выводы первой и 1ч5 второй дополнительных обмоток первого и второго трансформаторов второй ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток шестого трансформатора и первый вывод первой дополнительной обмотки третьего трансформатора первой ячейки соединены через развязывающие диоды с базой первого коммутирующего транзистора первой ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток третьего и четвертого трансформаторов

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 Н 03 К 17/60

F- Р ()щ гд q

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСВ ВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3502513/18-21 (22) 18. 10. 82 (46) 15.06.84. Бюл. № 22 (72) M.Э.Гольденталь, В.Д.Латышко и Н.В.Шевелев (7 1) Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) и Ленинградское проектно-экспериментальное отделение Всесоюзного научноисследовательского института Проектэлектромонтаж (53) 621.382(088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР № 266042; кл. Н 03 К 17/60, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР № 928546, кл. Н 02 К 17/56, 1982 (прототип) °

1 (54) (57) ИАГНИТОТРАНЗИСТОРНЫИ КОИМУТАТ0Р ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ,содержащий две шестифаэные ячейки с коммутирующими транзисторами и шестью четырехобмоточными трансформаторами, в которых эмиттеры коммутирующих транзисторов объединены в общую шину, коллекторы подключены к выводам входных обмоток соответствующих трансформаторов, базы — через развязывающие диоды к выводам первой и второй дополнительных обмоток трансформатора, другие выводы этих обмоток соединены с общей шиной, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности, первые выводы входных обмоток первого и второго трансформаторов первой ячейки и третьего трансформатора второй ячейки соединены с коллектором первого коммутирующего транзистора первой ячейки, первые выводы входных обмоток первого и второго трансформаторов второй

„,Я0„„1098102 A ячейки и третьего трансформатора первой ячейки соединены с коллектором первого коммутирующего транзистора второй ячейки, первые выводы входных обмоток пятого и шестого трансформаторов первой ячейки и четвертого трансформатора второй ячейки соединены с коллектором второго коммутирующего транзистора первой ячейки, первые выводы входных обмоток пятого и шестого трансформаторов второй ячейки и четвертого трансформатора первой ячейки соединены с коллектором второго коммутирующего транзистора второй ячейки, вторые выводы входных обмоток трансформаторов каждой фазы Я обоих ячеек соединены с соответствующими входными шинами фаз управления,,разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток первого и второго трансформаторов первой ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток шестого :рансформатора и первый вывод первой допол- 1 нительной обмотки третьего трансформа- р тора второй ячейки соединены через развяэывающие диоды с базой первого коммутирующего транзистора второй ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток первого и второго трансформаторов второй ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток шестого трансформатора и первый вывод первой дополнительной обмотки третьего трансформатора первой ячейки соединены через раэвязывающие диоды с базой первого коммутирующего транзистора первой ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток третьего и четвертого трансформаторов

1098102 первой ячейки, разноименные выводы первой, и второй дополнительных обмоток пятого трансформатора и первый вывод первой дополнительной обмотки шестого трансформатора второй ячейки соединены с базой второго коммутирующего транзистора первой ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток третьего и четвертого трансформаторов второй ячейки, разноименные выводы первой и вто1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах несимметричного управления вентильными преобразователями переменного тока.

Известен магнитотранэисторный коммутатор для управления вентильным преобразователем, в котором транзисторные ключи собраны в две шестифазные ячейки, выходные трансформаторы которых имеют дополнительные обмотки, каждая из которых, подключена через развяэывающие диоды на вход транзисторных ключей трех фаз, причем обмотки трансформатора каждой нечетной фазы связаны с транзисторным ключом

1предыдущей фазы данной группы и с .транзисторными ключами одноименной и последующей фаз второй группы, а обмотка каждой четной фазы — с транзис. торными ключами предыдущей и одноимен ной фаз второй и с транзисторным ключом последующей фазы данной группы 1), Недостатком устройства является низкая надежность работы в динамических режимах, так как импульсы управления резко смещаются по фазе.

Наиболее близким к изобретению является магнитотранэисторный коммутатор для управления вентнльным преобразователем, содержащий две шестифазные ячейки с коммутирующими транзисторами и шестью четырехобмоточными трансформаторами, в которых эмиттеры коммутирующих транзисторов объединены в общую шину, коллекторы подключены к выводам входных обмоток соответствующих трансформаторов, базы — через развязывающие диоды к выводам первой и второй дополнительных обмоток транс рой дополнительных обмоток пятого трансформатора.и r. ðâbé вывод первой дополнительной обмотки шестого трансформатора первой ячейки соединены с базой второго коммутирующего транзистора второй ячейки, при этом базы всех коммутирующих транзисторов через соответствующие резистора соединены с шиной источника опирающего напряжения cMemeния, 2 форматоров, другие выводы этих обмоток соединены с общей шиной 2j.

Недостатками этого устройства являются также низкая надежность, обус5 ловленная наличием коммутирующих транзисторов в цепи каждой фазы обоих ячеек, и низкая помехоустойчивость в динамических режимах.

Целью изобретения является повыше10 ние надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитотранзисторном коммутаторе для управления вентильным преобразователем, содержащем две шестифаз15 ные ячейки с коммутирующими транзисторами и шестью четырехобмоточными трансформаторами, в которых эмиттеры коммутирующих транзисторов объединены в общую шину, коллекторы подклю20чены к выводам входных обмоток соответствующих трансформаторов, базы— через развязывающие диоды к выводам первой и второй дополнительных обмоток трансформатора,. другие выводы 5 этих обмоток соединены с общей шиной, первые выводы входных обмоток первого и второго трансформаторов первой ячейки и третьего трансформатора второй ячейки соединены с коллектором

ЗОпервого коммутирующего транзистора первой ячейки, первые выводы входных обмоток первого и второго трансформаторов второй ячейки и третьего трансформатора первой ячейки соединены с

З коллектором первого коммутирующего транзистора второй ячейки, первые выводы входных обмоток пятого и шесто го трансформаторов первой ячейки и четвертого трансформатора второй щ ячейки соединены с коллектором второз 1098 го коммутирующего транзистора первой ячейки, первые выводы входных обмоток пятого и шестого трансформаторов второй ячейки и четвертого трансформатора первой ячейки соединены с коллек5 тором второго коммутирующего транзистора второй ячейки, вторые выводы входньм обмоток трансформаторов каждой фазы обоих ячеек соединены с соответствующими входными шинами фаз 10 управления, разноименные выводы пер-! вой и второй дополнительных обмоток первого и второго трансформаторов первой ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток шестого трансформатора и первый вынод первой дополнительной обмотки третьего трансформатора второй ячейки соединены через развязынающие диоды с базой первого коммутирующего транзистора второй ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительньм обмоток первого и второго трансформаторов второй ячейки, разноименнь|е выводы первой и второй допол-25 нительных обмоток шестого трансформатора и первый вывод первой дополнительной обмотки третьего трансформатора первой ячейки соединены через развязывающие диоды с базой первого коммутирующего транзистора первой ячейки, разноименные выводы первой и второй .дополнительных обмоток третьего и четвертого трансформаторов первой ячейки, разноименные выводы первой и нторой дополнительных обмоток пятого трансформатора и первый вывод первой дополнительной обмотки шестого трансформатора второй ячейки соединены с базой второго коммутирующего

40 транзистора первой ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительньм обмоток третьего и четвертого трансформаторов второй ячейки, разноименные выводы первой и второй до45 полнительных обмоток пятого трансформатора и первый вывод первой дополнительной обмотки шестого. трансформатора первой ячейки соединены с базой второго коммутирующего транзистора второй ячейки, при этом базы всех коммутирующих транзисторов через соответствующие резисторы соединены с шиной источника отпирающего напряжения смещения.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема магнитотран- . эистаоного коммутатора для управления вентильным преобразователем.

102

Магнитотранэисторный коммутатор содержит дне шестифазные группы трансформаторов. В соответствии с порядком чередования фаз трансформаторы первой группы обозначены 1-6, а трансформаторы второй группы — 7-12. В каждом трансформаторе кроме входной (первичной) обмотки 13 и выходной обмотки 14 выполнены дне дополнительные обмотки

15 и 16. Первые выводы всех обмоток обозначены на чертеже точками. Входная обмотка каждого трансформатора подсоединена первым выводом к коллектору одного из коммутирующих транзисторов 17-20. В соответствии с порядком чередования фаз входных импульсов входные шины обозначены позициями

21-26, а общая шина всех фаз входных импульсов обозначена позицией 27. Дополнительные обмотки i5 всех трансформаторов вторым выводом и дополнительные обмотки 16 всех трансформаторов первым вынодом подсоединены к эмиттерам коммут рующих транзисторов, которые соединены между собой и с общей шиной 27. Другие выводы обмоток 15 всех трансформаторов подсоединены к анодам развязывающих диодов

28, а обмотбк 16 — к анодам развязывающих диодов 29. Кроме того, к тем же выводам обмоток 15 трансформаторон

3, 6, 9 и 12 подсоединены аноды развязывающих диодов 30. Катоды этих диодов связаны с базами коммутирующих транзисторов н следующем порядке: с базой транзистора 17 связаны развязывающие диоды 28 и 29 от обмоток трансформаторов 6, 7 и 8 и разняэывающий диод 30 от обмотки трансформатора 3, с базой коммутирующего транзистора 18 связаны разнязывающие диоды 28 и 29 от обмоток трансформаторов. 1, 2 и 12 и разнязывающнй диод

30 от обмотки трансформатора 9, с базой коммутирующего транзистора 19 связаны раэвязывающие диоды 28 и 29 от обмоток трансформаторов 3, 4 и 11 и развязывающий диод 30 от обмотки трансформатора 12, с базой коммутирующего транзистора 20 связаны развязывающие диоды 28 и 29 от обмоток трансформаторов 5, 9 и 10 и развязьг вающий диод 30 от обмотки трансформатора 6. Первые выводы входных ° обмоток трансформаторов 1, 2 и 9 соединены между собой и с коллектором коммутирующего транзистора 17, а первые . выводы нходньм обмоток трансформаторов 5, 6 и 10 соединены между собой

10981 и с коллектором коммутирующего тран(зистора 19. Аналогичным образом с коллектором коммутирующего транзисто— ра 18 соединены первые выводы входных обмоток трансформаторов 7, 8 и 3, а .с коллектором коммутирующего транзистора 20 — обмоток трансформаторов 11, 12 и 4. Вторые выводы входных обмоток трансформаторов подключены к входным шинам соответствующих фаз источника входных импульсов: обмотки " трансформаторов 1 и 7 — к шине 21, обмотки трансформаторов 2 и 8 — к шине 22 и т.д, База каждого коммутирующего транзистора подключена через ре- 5 эистор 31 к отрицательному полюсу источника 32 отпирающего напряжения смещения, положительный полюс которого подключен к эмиттерам коммутирующих транзисторов 17-20. Между базой и эмиттером каждого коммутирующего транзистора включен двухстороннйй стабилитрон 33.

Таким образом, каждый коммутирующий транзистор включен в цепь входных обмоток трех трансформаторов, причем коммутирующие транзисторы 17 и 18 включены в цепь обмоток трансформаторов двух первых фаз одной группы и третьей фазы другой группы, а коммутирующие транзисторы 19 и 20 — в цепь обмоток трансформаторов двух последних фаэ одной группы и четвертой фазы другой группы. С учетом этого порядок подключения через развязывающие диоды дополнительных обмоток трансформаторов к базам коммутирующих транзисторов может быть сформулирован следующим образом: первые дополнительные обмотки 15 трансформаторов нечет40 ных фаз связаны с коммутирующими транзисторами одноименной и последующей фаз другой группы, а четных фаз с коммутирующими транзисторами одноименной фазы другой группы и после45 дующей фазы данной группы, вторые дополнительные обмотки 16 трансформаторов нечетных фаз связаны с коммутирующими транзисторами последующей фазы другой группы, а четных фаз — с коммутирующими транзисторами последующей фазы данной группы.

Магнитотранзисторный коммутатор работает следующим образом.

При отсутствии входных импульсов все коммутирующие транзисторы нахо. дятся во включенном состоянии за счет отпирающего тока смещения на базы, протекающего от источника 32

02 6 через резисторы 11. Поэтому при поступлении первого из входных импульсов, например импульса первой фазы, ток от шины 27 к шине 21 может, протекать либо через коммутирующий транзистор 17 и обмотку 13 трансформатора 1, либо через коммутирующий транзистор 18 и обмотку 13 трансформатора 7. Одновреиенное протекание тока по обеим этии цепям невозможно, так как протекание тока по входной обмотке 13 трансформатора 1 приведет к индуктированию э его дополнительной обмотке 15 ЭДС, которая положительной полярностью от первого вывода обмотки через развязывающий диод 28 приложится к базе коммутирующего транзистора

18 и вызовет его запирание, что приведет к размыкание цепи входной обмотки 13 трансформатора 7 ° Аналогичным образом протекание тока по обмотке 13 трансформатора 7 вызовет ЭДС в его обмотке 15, которая через раэвязывающий диод ?8 приложится к базе коммутирующего транзистора 17 и вызовет его запирание, т.е. размыкание цепи тока обмотки 13 трансформатора 1. Поэтому в открытом состоянии останется только один из коимутирующих транзисторов 17 и 18 и входной импульс приложится к одному, из трансформаторов

1 и 7. Если открытым окажется коммутирующий транзистор 17, то коммутирующий транзистор 18 будет удерживаться в закрытом состоянии и после окончания входного импульса первой фазы вследствие того, что в результате спадания намагничивающего тока в обмотках трансфориатора 1 будет индуктироваться ЭДС обратной полярности и со второго вывода обмотки 16 через развязывающий диод 29 к базе коммутирующего транзистора 18 будет приложено запирающее напряжение, Вследствие этого к моменту поступления на входную шину 22 иипульса второй фазы замкнута будет через коммутирующий транзистор 17 только цепь входной обмотки трансформатора 2, а цепь обмотки трансформатора 8 будет разомкнута запертым коммутирующим транзистором

18. Входной импульс второй фазы приложится к обмотке 13 трансформатора

2 и от его обмотки 15 через развязывавший диод 28 на базу коммутирующего транзистора 18 поступит еще один запирающий сигнал. После окончания импульса второй фазы коммутирующий транзистор 18 будет удерживаться в

7 109810 закрытом состоянии обратной полуволной напряжения обмотки 16 трансформатора 2, прикладываемой к базе коммутирующего транзистора через развязывающий диод 29. Импульс третьей

«фазы приложится к обмотке 13 трансформатора 9 через коммутирующий транзистор 17, а цепь входной обмотки трансформатора 3 будет разомкнута коммутирующим транзистором 18, íà ба- 10 зу которого поступит новый запирающий сигнал от обмотки 15 трансформатора 9 через развязывающий диод 30.

Одновременно запирающий сигнал из обмотки 15 трансформатора 9 через развязывающий диод 28 поступит на базу коммутирующего транзистора 20, а после окончания импульса третьей фазы он сменится запирающим сигналом, поступающим из обмотки 16 трансформа- 20 тора 9 через развязывающий диод 29.

Это приведет к тому, что в момент поступления входного импульса четвертой фазы из двух коммутирующих транзисторов 19 и 20, коммутирующих цепи чет- 25 вертой, пятой и шестой фаэ, в открытом состоянии будет только коммутирующий транзистор 19. В результате этого импульс четвертой фазы приложится к обмотке 13 трансформатора 10, а импульсы пятой и шестой фаз — соответственно к обмоткам трансформаторов . 5 и 6. На всем интервале времени от начала импульса четвертой фазы pо окончания импульса шестой фазы на

35 базу коммутирующего транзистора будут последовательно поступать запирающие

его сигналы: иэ обмоток 15 и 16 трансформатора 10; из обмоток 15 и 16 трансформатора 5, из обмотки 15 трансформатора 6. Одновременно с поступлением импульса шестой фазы запирающий сигнал из обмотки 15 трансформатора

6 через развязывающий диод 28 поступит также и на базу коммутирующего транзистора 17, а после окончания импульса он сменится запирающим сигналом от обмотки 16. Таким образом, к началу нового периода коммутирующий транзистор 17 оказывается запертым, 50 а коммутирующий транзистор 18 — открытым. В результате этого входные импульсы первых трех фаз последовательно прикладываются к входным обмоткам трансформаторов 7, 8 и 3, а с их дополнительных обмоток — обмоток

15 и 16 трансформаторов 7, 8 и обмотки 15 трансформатора 3 - через развязывающие диоды на базу коммутирую2 8 щего транзистора 17 поступают запирающие сигналы, удерживающие его в закрытом состоянии. С обмоток 15 и

16 трансформатора 3 запирающие сигналы поступают на базу коммутирующего транзистора 19 и обеспечивают его (, закрытое состояние к моменту поступ-, ;ления входного импульса четвертой фазы, что предопределяет последовательность приложения импульсов трех последних фаз через открытый коммутирующий транзистор 20 к входным обмоткам 13 трансформаторов 4, 11 и 12 и удержание в закрытом состоянии коммутирующего транзистора 19 сигналами с дополнительных обмоток этих трансформаторов, Следовательно, на втором периоде сети входные импульсы прикладываются к обмоткам трансформаторов, цепи которых на первом периоде были разомкнуты. К моменту поступления входного импульса первой фазы в начале третьего периода коммутирующий транзистор 18 оказывается закрытым сигналами с дополнительных обмоток трансформатора 12, импульс первой фазы прикладывается через открытый коммутирующий транзистор 17 к входной обмотке трансформатора 1 и цикл работы повторяется.

Двухсторонние стабилитроны 33 выполняют вспомогательную роль, ограничивая напряжение между базой и эмиттером на безопасном для транзисторов уровне и создавая контур для протека— ния тока намагничивания по обмоткам

16 трансформаторов после окончания импульсов.

Для устойчивой работы магнитотранзисторного коммутатора в статических и динамических режимах необходимо, чтобы продолжительность запирающего сигнала, определяемая суммой длительности прямой и обратной полуволн напряжения каждого трансформатора, была больше возможного промежутка между передними фронтами входных импульсов соседних фаз в данный период сети, но меньше промежутка между передним фронтом входного импульса одной фазы в данный период сети и передним фронтом импульса следующей за ней фазы в следующий период сети. Это условие легко выполняется при ширине входных импульсов 30-120 эл. град. и диапазоне регулирования угла сдвига импульсов, не превосходящих 180 эл.град.

9 1098102

За счет гспользования каждого ком- упрощается мутирующего транзистора для коммута- ройства и, циИ трех трансформаторов существенно надежность

10 схема коммутирующего ус гследовательно, повьппается работы. уццдц акая 4222/45 тиоаж 862 Поллисмое

Филиал HGH Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4