Устройство для искусственной коммутации тиристоров преобразователя

 

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к тяговым полупроводниковым устройст14вам подвижного состава. Целью является повышение надежности путем снижения коммутационных напряжений. Устройство содержит коммутирующие тиристоры 2-5, к которьм подключены коммутирующие LC-цепи 10-13. Обмотки 18,19 коммутирующего тр-ра подключены к зарядным тиристорам 6, 8, разделительному диоду 7 и разрядным диодам 20,21. К точкам соединения конденсаторов и дросселей LC-цепей 10-13 подключены дополнительные тиристоры 16, 17. Коммутирующие LC- цепи 10-13 включаются со сдвигом во времени, и в каждый полупериод частоты коммутаций тиристоров вьшодится избыточная энергия, напряжение на конденсаторе LC-цепи ограничивается на уровне напряжения источника питания . 2 шт. с сл со СП 00 00 фиг.1 Л 2,3.4,5; 6. 8. /Ч 75, 76.77

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО(.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABYOPCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4000643/24-07 (22) 03.01.86 (46) 15.06.87. Бюл. Ф 22 (71) Научно-исследовательский,проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода (72) P.Ä.Âàëååâ (53) 621.314.572 (088.8) (56) Патент США У 4191994, кл, Н 02 С 7/515, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1171935, кл. Н 01 M 7/515, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСКУССТВЕННОЙ

КОММУТАЦИИ ТИРИСТОРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к тяговым полупроводниковым устройст(5D 4 Н 02 М 1/08//Н 02 M 7/515 вам подвижного состава. Целью является повышение надежности путем снижения коммутационных напряжений.

Устройство содержит коммутирующие тиристоры 2-5, к которым подключены коммутирующие LC -цепи 10-13. Обмотки 18,19 коммутирующего тр-ра подключены к зарядным тиристорам 6, 8, разделительному диоду 7 и разрядным диодам 20,21. К точкам соединения конденсаторов и дросселей LC-цепей 10-13 подключены дополнительные тиристоры 16, 17. Коммутирующие LCцепи 10-13 включаются со сдвигом во времени, и в каждый полупериод частоты коммутаций тиристоров выводится избыточная энергия, напряжение на конденсаторе ЬС-цепи ограничивается на уровне напряжения источника питания. 2 ил.! 13

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, а именно к тяговым полупроводниковым устройствам подвижного состава, и может быть использовано для принудительной коммутации тиристоров в преобразователях частоты.

Целью изобретения является повышение надежности путем снижения коммутационных перенапряжений.

На фиг.l приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Устройство !фиг.l) содержит источник 1 питания, к выводам которого подсоединены две пары последовательно соединенных коммутирующих тиристоров 2, 3 и 4, 5, цепочка из последовательно соединенных зарядного тиристора 6, разделительного диода 7 и зарядного тиристора 8, соответствующие выводы тиристорного преобразователя 9, а также две коммутирующие ?.С-цепи 10 ll и 12, 13, причем первые обкладки конденсаторов

11 и 13 подсоединены к общим точкам соединения коммутирующих тиристоров

2, 3 и 4, 5, а первые концы обмоток коммутирующих дросселей 10 и 12 подсоединены к электродам разделительного диода 7. Устройство содержит также анодную группу распределительных тиристоров 14, подсоединенную катодами к катодам запираемых тиристоров тиристорного преобразователя 9 и анодами к катоду разделительного диода 7, катодную группу распределительных тиристоров 15, подсоединенную анодами к анодам запираемых тиристоров тиристорного преобразователя 9 и катодами к аноду разделительного диода 7, дополнительные тиристоры

16 и 17, соединенные каждый между одним выводом источника 1 питания и точкой соединения вторых обкладок коммутирующих конденсаторов и вторых концов обмоток дросселей индуктивностей LC-цепей 10, ll и 12, 13.

Кроме того, устройство снабжено цепью замыкания избыточного тока перезаряда LC-контуров, содержащую коммутирующий трансформатор, две первичные обмотки 18 и 19 которого подсоединены началом соответственно к катоду и аноду разделительного диода

7 и концами через разрядные диоды 20 и 21 с выводами источника питания 1, 17588 2 вторичная обмотка 22 которого включе; на в диагональ однофаэного диодного моста 23-26, подсоединенного встреч5 !

О !

55 но к выводам источника 1 питания, а также узлом 27 управления соответствующими выходами подсоединенным к управляющим электродам тиристоров устройства искусственной коммутации.

На фиг.2 представлены временные диаграммы управляющих сигналов коммутирующими 2 — 5, зарядными 6 и 8 и дополнительными 16 и 17 тиристорами, а также временные диаграммы токов в коммутирующих реакторах 10 и 12 и напряжений на коммутирующих конденсаторах ll и 13.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в исходном состоянии конденсаторы ll и 13 были заряжены полярностью,указанной на фиг.l. Для искусственной (принудительной коммутации) тиристора преобразователя 9, подсоединенного катодом к катоду соответствующего распределительного тиристора группы 14, в момент времени С включают укаэанный тиристор группы распределительных,тиристоров

14 и коммутирующий тиристор 2. Под действием напряжения коммутирующего конденсатора ll ток из коммутируемоro тиристора преобразователя 9 вытесненяется в коммутирующий контур

10 и 11 по цепи: 9, 2, 11, 10 7, 14, 9. В момент времени t<,êoììóòèруемый тиристор запирается, а избыточный колебательный ток перезаряда коммутирующего LC-контура 10 и ll замыкается по цепи: 11, 10, 7, 18, 20, 2, 11 В момент времени со сдвигом на 2/3 полупериода колебаний собственной частоты колебательных

LC-контуров включается коммутирующий тиристор 4. Ток нагрузки из

?.С-контура !О и 11 перераспределяется в LC-контур 12 и 13 по цепи: 9, 4, 13, 12, 14, 9. Избыточный колебательный ток перезаряда коммутирующего LC-контура 12 и 13 замыкается по цепи: 13, 12, 18, 20, 4, 13. В момент времени t ток перезаряда

LC-контура !О и 11 снижается до нуля, коммутирующий тиристор 2 и разделительный диод 7 запираются обрат ным напряжением коммутирующего конденсатора по цепи: ll, 2, 4, 13, 12, 7, 10, !1.

35

3 13

При протекании избыточного тока перезаряда обеих ЬС-цепей по первичной обмотке 18 коммутирующего трансформатора на его вторичной обмотке

22 наводится ЭДС, амплитуда колебаний которой ограничивается на уровне напряжения источника 1 питания, за счет подключения вторичной обмотки 22 к источнику 1 через диоды

23 и 26 по цепи: + 22, 20, 1, 26, -22. Таким образом, на первичной об-. мотке 18 возникает падение напряжения прямоугольной формы, плюсом прикладывающееся через распределительный тиристор 14 группы к катоду, а минусом — через разрядный диод 20 к аноду коммутируемого тиристора преобразователя 9, амплитудой равной напряжению источника 1 питания, деленному на коэффициент трансформации коммутирующего трансформатора. Обычно коэффициент трансформации выбирается такой, чтобы получить амплитуду импульса обратного напряжения на тиристоре порядка 50-80 В, что обеспечивает паспортное время восстановления запирающих свойств коммутируемого тиристора. В момент времени t4 ток LC-контура 12 и 13 становится меньше тока нагрузки I» .разрядный диод 20 запирается. Если предположить, что ток I при коммутации остается. постоянным, то на интервале времени t„ — t напряжение обратного знака на коммутирующем конденсаторе 13 будет возрастать линейно. В момент времени t напряжение на конденсаторе 13 начинает превышать напряжение источника 1 питания, включается дополнительный тиристор 17 и соответствующий тиристор преобразователя 9. На интервале времени t — t ток нагрузки перево5 Ь дится из реактора 12 в соответствующий тиристор преобразователя 9. Причем ток реактора 12 перераспределяется по параллельным цепям: 9, 4, 12, 13 и 9, 1, 17, 12. Поскольку емкость источника 1 питания много больше емкости коммутирующего конденсатора, то спадающий ток коммутирующего реактора будет протекать в основном через источник питания, что значительно снижает величину коммутационных перенапряжений на коммутирующем конденсаторе 13.

На интервале времени t„ — производится дозаряд конденсатора 11

17588 4 включением коммутирующего тиристара

2 и зарядного тиристора 8 (на холостом ходу преобразователя 9 производится дозаряд и конденсатора 13 включением тиристора 4). Если накопленная в источнике питания избыточная энергия коммутации не полностью компенсируется расходом энергии на дозаряд, то следует выводить ее одним из известных способов, например с помощью зависимого интертирования в сеть переменного тока.

После окончания дозаряда в момент времени ts напряжение на коммутирующем конденсаторе 11 может превьппать напряжение источника питания на 1020Х, что обусловлено колебательным характером процесса дозаряда. Введением активных сопротивлений в цепь зарядных тиристоров достигается увеличение коэффициента затухания колебательного контура дозаряда. В результате указанная величина перенапряжений снижается до 2-3Е, Во втором полупериоде работы устройства искусственной коммутации производится принудительное запирание соответствующего тиристора преобразователя 9, подсоединенного анодом к аноду соответствующего тиристора группы распределительных тиристоров

15. Процесс протекает аналогично описанному.

В момент времени t включается со9 ответствующий тиристор распределительной группы 15 и коммутирующ II тиристор 5. В момент времени t o включается коммутирующий тиристор 3.

Ток нагрузки протекает по цепям: 9, 15, 6, 12, 13, 5, 9 и 9, 15, 10, 11, 3, 9. Избыточный ток перезаряда

LC-контуров замыкается по цепям: 13, 5, 21, 19, 7,- 12, 13 и 11, 3, 21, l9, 10, 11. На интервале времени

tI, t спада тока нагрузки в ре-. акторе 10 включен дополнительный тиристор 16, а ток замыкается по цепям:

9, 15, 10, 16, 1, 9 и 9, 15, 10, 11, 3, 9. В момент времени t включаются тиристоры б и 5, производится дозаряд конденсатора 13 по цепи: 1, 6, 12, 13, 5, 1.

Таким образом, при работе предлагаемого устройства на интервалах времени t — t u t — t вывода избыS б 1< 12 точной энергии коммутации из коммутирующих реакторов, как было показано вьппе, происходит повышение напряже1317588 ния на коммутирующих конденсаторах. что позволяет ограничить максимальное напряжение, прикладынаемое к тиристорам устройства на уровне напряжения источника питания и, следовательно, повышает надежность работы предлагаемого устройства коммутации.

Известно, что величина коммутационных перенапряжений gU н устройстве-прототипе (без учета активного сопротивления) определяется из выражения

ЬП =вТ,„, где !1 — волновое сопротивление

LC-контура.

Волновое сопротивление О связа.— но с напряжением U на коммутирующем конденсаторе и амплитудой Х коммутирующего импульса тока зависимостью

С учетом этого уравнения (1) можно записать н виде отсюда

aU

U< (2) % где .p U — относительная величина коммутационных перенапряжений;

К вЂ” коэффициент превышения

«<< амплит ды коммут ирующего импульса тока над током нагрузки.

В устройстве-прототипе коэффициент К„ выбирают поряцка 1,2 — 1,25.

Тогда согласно выражению (2) отно— сительная величина коммутационных напряжений составляет

Ы! = ., =- 0,8-О,83

У 9

Из полученного выражения (2) следует, что в тех устройствах искусственной коммутации, где стремятся приблизить форму коммутирующего импульса тока в прямоугольный, за счет снижения коэффициента К„, величина коммутационных перенапряжений достигает наибольших значений.

В предлагаемом устройстве величина Л Ц< перенапряжения на коммутирующем конденсаторе равна величине перенапряжения на емкости источника питания оП<= 6U отсюда

Т< или

Тг где С,,С вЂ” емкости соответственно

f0 коммутирующего конденсатора и источника питания.

Если принять С = 25C(, то отноI< шение токов ранно --- = 5 и соглас15 г но (1) величина перенапряжений c,U будет в 5 раз меньше, чем в устройстве-прототипе.

Б качестве тиристорного преобразователя 9 (фиг,lI может приниматься

20 любои из широко известных преобразователей: автономный инвертор напряжения, непосредственный преобразователь частоты, преобразователь пере— менного напряжения н постоянное.

Известны также системы управления такими преобразователями.

Б узле 27 управления предлагаемым устройствам формируются сигналы управления для коммутирующих и распределительных тиристоров по задним фронтам импульсон управления тиристорами преобразователя 9 (длительность такого импульса управления соответствует всей длительности проводящего состояния тиристора) с помощью формирователя коротких импуль.— сов. формула изобретения

Устройство для искусственной коммутации тиристоров преобразователя, содержащее. источник питания, к

45 ныходным выводам которого подключены две пары последовательно соединенных коммутирующих тиристоров и цепочка из последовательно соединенных первого зарядного тиристора, 50 разделительного диода и второго зарядного тиристора, а также две коммутирующие LC-цепи, одни обкладки конденсаторов каждой из которых подключены к точкам соединения соответствующих пар коммутирующих тиристоров, а одни концы обмоток дросселей индуктивностей подключены к соответствующим токам соединения указанных зарядных тиристоров с разделительным

Фиг 2

Составитель Г.Мыцык

Редактор N.Ñåðåäà Техред М.Ходанич Корректор В.Бутяга

Заказ 2430/51 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4 диодом, причем последние точки соединения через распределительные тиристоры подключены к выходным выводам устройства, подключенным к тиристорам преобразователя, а также блок управления устройством, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения надежности путем снижения коммутирующих перенапряжений, 17588 8 оно снабжено двумя дополнительными тиристорами, силовыми электродами, включенными между точками соединения

1 вторых обкладок и концов обмоток дросселей индуктивностей соответствующих ЕС-цепей и соответствующими выходными выводами источника питания, а управляющими входами — к соответствующим выходам блока управления.