Устройство для управления тиристорами высоковольтного блока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании систем управления высоковольтными тиристорными преобразователями. Целью изобретения является уменьшение массогабаритных показателей электромагнитной системы 2 распределения импульсов управления тиристорами высоковольтного блока 1 за счет улучшения формы двухполярных импульсов тока и обеспечения перемагничивания сердечников трансформаторов системы 2 по полному циклу. Указанная цель достигается за счет введения реверсивного управляемого ключа 5, зашунтированного блоком начального заряда 6, между выходом источника питания переменного тока 3 и входом формирующего контура 4 и выполнения обратного вентиля 8, шунтирующего управляемый ключ 7, управляемым. Управление управляемым ключом 7 и обратным вентилем 8 осуществляется импульсами генератора управляющих импульсов 9, синхронизированными через блок синхроимпульсов 10 с выходным напряжением источника питания 3. Управление реверсивным ключом 5 осуществляется формирователем импульсов управления 11, выполненным, например, на двух трансформаторах тока, первичные обмотки которых включены в цепь ключа 7 и обратного 8 вентиля, а вторичные через развязывающие диоды 31 подключены к управляющему входу реверсивного ключа 5. Благодаря тому, что выключение управляемого ключа 7 и обратного вентиля 8 происходит при наличии на них обратного напряжения, снимаются ограничения на длительность формируемых импульсов тока.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

) ЕСПУЬЛИН

Ц91 (11) А1 (51)5 Н 02 М 1 08 с»vsipi (г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4382953/24-07 (22) 25,02.88 (46) 15.04,90. Бюл. 9 14 (71) Государственный научно-исследовательский энергетический институт им. Г.М,Кржижановского (72) В,П,Жмуров (53) 621,3)6.727(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 149833, кл. С 05 P 25/04, 196)

Авторское свидетельство СССР

Ф 249462, кл. H 02 M )/08, 1968, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРАМИ ВЪ|СОКОВОЛЬТНОГО БЛОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании систем управления высоковольтными тиристарными преобразователями. Целью изобретения является уменьшение массогабаритных показателей электромагнитной системы 2 распределения импульсов управления тиристорами высоковольтного блока ) за счет улучшения формы двухполярных импульсов тока и обеспечения перемагничивания сердечников трансформаторов системы 2 по полному циклу, 2

Указанная цель достигается за счет введения реверсивного управляемого ключа 5, зашунтированного блоком начального заряда 6, между выходом источника питания переменного тока 3 и входом формирующего контура 4 и выполнения обратного вентиля 8, шунтирующего управляемьпЧ ключ 7, управляемым. Управление управляемым ключом 7 и обратным вентилем 8 осуществляется импульсами генератора управляющих импульсов 9 синхронизированными через блок синхраимпульсов )0 с выходным, напряжением источника питания 3. Управление реверсивным ключом 5 осуществляется формирователем импульсов управления 11, выполненным, например, на двух трансформаторах тока, первичные обмотки которых включены в цепь ключа 7 и обратного 8 вентиля, а вторичные через развязывающие диоды 31 подключены к управляющему входу реверсивного ключа 5. Благодаря тому, чта выключение управляемого ключа 7 и обратного вентиля 8 происходит при наличии на них обратного напряжения, снимаются ограничения на длительность формируемых импульсов тока, 4 ил.

1557619

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве оконечных каскадов формирования мощных узких импульсов тока для

5 управления тиристорами высоковольтных блоков с трансформаторной системой распределения импульсов в импульсных источниках питания электрофильтров газоочистки.

Цель изобретения — расширение области применения устройства за счет снятия ограничений на длительность формируемых импульсов и уменьшение массогабаритных показателей электромагнитной cHcTPMbf распределения им» пульсов управления за счет улучшения формы двухполярных импульсов тока и обеспечения перемагничивания сердечников трансформаторов по полному

20 циклу.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 и 3— схемы устройства с вариантами выпол нения реверсивного управляемого 25 ключа и генератора импульсов управления управляемым ключом и обратным вентилем; на фиг,4 — пояснительные временные диаграммы.

Устройство для управления тиристорами высоковольтного блока 1 содержит электромагчитную систему 2 распределения импульсов, источник 3 переменного тока, к выходным клеммам кото.рого подключен один входной вывод формирователя и выходных импульсов не

«35 посредственно, а другой — через реверсивный управляемый клич 5, зашунтированный блоком 6 начального заряда.

Выход формирователя .4 подключен к первичному витку системы 2 распределения через управляемый ключ 7, зашунтированный обратным вентилем 8, выполненным„ например, в виде тиристора, Входы управления ключа 7 и вентили 8 подключены к выходам генератора 9 импульсов управления управляемым ключом 7 и обратным вентилем 8, вход которого через блок 10 синхроимпульсов подключен к выходу источника 3. Вход управления ключа 5 подключен к выходу генератора 11 импульсов управления реверсивным управляемым ключом, вход которого связан с цепями управления ключа 7 и вентиля 8, Реверсивный управляемый ключ 5 может быть выполнен на тиристоре 12, включенном в диагональ постоянного тока диодного моста 13 (фиг.2).

Лругим вариантом выполнения реверсивного управляемого ключа 5 может быть встречно-параллельное включение тиристоров 14 и 15 (фиг,3).

Генератор 11 импульсов управления может быть выполнен в виде двух трансформаторов 16 и 17 тока, первичные обмотки которых включены в цепь ключа 7 и вентиля 8 и использованы как вход генератора 11 импульсов управления, а вторичные выводы обмоток вместе с включенными в их цепь развязывающими диодами 18 и 19 использованы как его выход (фиг.2 и 3).

В случае выполнения ключа 5 согласно схеме фиг,2 катоды диодов 18 и

19 подключаются к управляющему электроду тиристора 12, а свободные выводы вторичных обмоток трансформато,ров 16 и 17 соединяются с катодом тиристора 12, При выполнении ключа 5 согласно схеме фиг;3 выводы трансформатора 17, включенного в цепь ключа 7, один непосредственно, а другой через диод 19 подключены к управляющему переходу тиристора 15, а выводы трансформатора 16, включенного в цепь вентиля, 8, один непосредственно, а другой через диод 18 подключены к управляющему переходу тиристора 14.

Формирователь 4 может быть выполнен, например, в виде формирующей линии с одним или несколькими ЬС-звеньями. Блок 10 синхроимпульсов может быть выполнен по любой схеме, формирующей Импульсы с одинарной или удвоенной частотой сети с фиксированной фазой по отношению к входному синусоидальному напряжению. На фиг.1 показано выполнение блока 10 в виде релаксационного генератора на динисторе 20 и конденсаторе 21, подключенном через выключатель 22 к выходу выпрямителя 23, вход которого подключен через делитель 24 напряжения к выходу источника 3 питания, Генератор

9 может быть выполнен по любой известной схеме, работающей от внешнего за-. пуска, Если синхроимпульсы, генерируемые блоком 10, имеют параметры, позволяющие надежно включать силовой тиристор, как, например, показано на схеме фиг, 1, то генератор 9 может быть выполнен в виде импульсного трансформатора с двумя выходными об- мотками, подключенными к управляющим переходам ключа 7, и обратного венти5

15 ля 8 при этом при подаче управляюще

nо импульса включается тот тиристор

) на котором в этот момент присутствует прямое напряжение.

Дпя того, чтобы с помощью предлагаемого устройства можно было осуществить фазовое управление блоком 1, в состав источника 3 питания может быть включен фазовращатель, выполненный по любой известной схеме, в том числе и по приведенной на фиг,1 мостовой схеме, включающей две выходные полуобмотки сетевого трансформатора 25, регулируемый резистор 26 и конденсатор 27, Дроссель 28 служит для ограничения сквозного тока при одновременно включенных ключе 7, вентиле 8 и реверсивном ключе 5, Блок б начального заряда может быть выполнен, например, в виде по-. следовательно соединенных однополупериодного выпрямителя 29 и ограничительного резистора 30 (в случае вы1 полнения реверсивного ключа 5 по схеме фиг.2 в качестве однополупериодного выпрямителя 29 может быть использован один из диодов моста 13), Разнополярные импульсы управления, формируемые устройством, выпрямляются с помощью диодов 31 системы 2 распределения.

Работа устройства поясняется совместно с временными диаграммами (фиг.4), При подаче на вход источника 3 питания напряжения сети U (фиг.4а) формирователь 4 заряжается через блок

6 начального заряда до амплитудного значения Г выходного напряжения U> источника 3 (фиг,4в), сдвинутого на необходимый угол с относительно напряжения сети 11, с полярностью, определяемой полярностью выпрямителя

28 блока 6 (фиг.4d) (начальный заряд формирователя 4 не показан), Начальный заряд формирователя 4 происходит медленно, в течение нескольких секунд, из-эа большой величины сопротивления ограничительного резистора

29 блока 6, При поступлении импульса управления от генератора 9 на ключ 7 и вентиль 8 включается тот из них, для кого полярность напряжения на формирователе 4 является прямой (в данном случае ключ 7). Формировтель 4 перезаряжается через включенный ключ

7 и первичный виток системы 2 рас57619 6

50 прецеления. формируя в нем однополярный импульс 1 тока (фиг.4е), поступающий через диоды 31 на управляющие электроды тиристоров блока 1, При этом напряжение на формирователе 4 ме«« няет знак. Ключ 7 гасится обратным током разряда Г (фиг,4е) формирователя 4, обратный ток разряда 11 (фиг,4е) формирователя 4 поступает через генератор 11 (U«, фиг,4) на управляющий вход реверсивного ключа 5, который включается и дозаряжает формирователь 4 до максимального напряжения U+ источника 3 (фиг ° 4d) которое в этот момент имеет ту.же полярность, что и напряжение на формирователе 4.

При поступлении от генератора 9 следующего импульса включается вентиль 8, для которого теперь напряжение на формирователе 4 имеет прямую полярность, и в первичном витке системы распределения 2 формируется однополярный импульс тока ц (фиг.4е), полярность которого противоположна полярности предыдущего импульса, а форма повторяет форму предыдущего импульса. Напряжение на формироватете 4 снова меняет знак, а обратным током разряда U< (фиг,4е) формирователя 4. гасится вентиль 8 и включается реверсивный ключ 5 (11,<, фиг,41), дозаряжая формирователь 4 до первоначального напряжения U4 (фиг.4d) °

Далее работа устройства повторяется. В систему 2 распределения поступают однополярные импульсы тока с чередующимися знаками и одинаковой формой и амплитудой.

При конкретном выполнении блока

10 и генератора 9 в соответствии со схемой фиг.I, а реверсивного ключа 5 и генератора II со схемами фиг.2 и 3 описанный выше алгоритм работы устройства реализуется следующим образом. После заряда формирователя 4 при замыкании выключателя 22 заряжается конденсатор 21 релаксационного генератора блока 10 до напряжения переключения динистора 20, Постоянная времени заряда конденсатора 10 выбирается таким образом, чтобы переключение динистора 20 происходило в первои четверти каждого полупериода вблизи максимума U напряжения U> (фиг,4с), Это необходимо для того, чтобы при переэаряде формирователя.4 напряжение в нем не оказалось вьппе, чем текущее значение синусоидаль1557б19 ного напряжения на выходе источника

3 (в противном случае, например, в схеме фиг,2 происходит не дозаряд формирователя 4 до напряжения ивточника 3 ° а наоборот, его разряд до

5 этого напряжения) ° При переключении динистора 20;формируешься импульс, который через выходные обмотки трансформатора- генератора 9 поступает на управляющие переходы ключа .7 и вентиля 8 (U» фиг, 4с) . Включение того илтл другого из них зависит от полярности напряжения на формирователе 4 в данный момент. Если полярность напряжения на нем такова, что включается ключ 7, то сформированный в первичном витке системы 2 распределения прямой ймпульс тока U (фиг,4е) поступает на управляющие переходы тиристоров блока 1, но не проходит на выход генератора 11 из-за наличия развязывающего диода 19, включенного встречно протеканию прямого импульса тока П

Для обратного же тока разряда форми- 25 рователя 4 этот диод включен в прямом направлении, и импульс тока Нц (фиг.4f) поступает на управляющий переход.тиристора 12 (фиг,2) или 15 (фиг ° 3), включая его. Если поляр- 30 ность напряжения на выходе источника

3 совпадает с полярностью напряжения на перезарядившемся формирователе 4, то он дозаряжается до напряжения источника, и далее при поступлении, очередных импульсов управления от ге,нератора 9 синхронизм между полярнос,тями напряжения на выходе источника 3 и на формирователе 4 соблюдается автоматически. 40

Если же на первом такте полярность напряжения на перезарядившемся формирователе 4 противоположна полярности напряжения на выходе источника 3, то в схемах фиг,2 и 3 процессы протекают различно. В схеме фиг.2 формирователь через включающийся тиристор

12 реверсивного ключа 5 снова перезаряжается от источника 3 до напряжения первоначальной полярности. Когда напряжение на выходе источника 3 меняет .знак, формируется следующий импульс управления, который снова включает ключ 7, и в первичном витке системы 2 распределения формируется импульс тока той же полярности, что и предыдущий, Но на этот раз полярность напряжения на перезарядившемся формирователе 4 совпадает с полярностью напряжения источника 3, и в дальнейшем синхронность между переменной полярности напряжения на выходе источника

3 и на формирователе 4 сохраняется, Таким образом, в схеме фиг,2 в начале работы устройства могут быть сформировано Не более двух подряд импульсов тока одинаковой полярности, что практически не влияет на массогабаритные показатели системы 2 распределения, В схеме фиг.3 при несовпадении на первом такте полярностей напряжения на выходе источника 3 и на формирователе 4 тиристор 15 реверсивного ключа 5 не включается, так как на нем присутствует обратное напряжение, Следующий импульс управления от генератора 9 формируется, когда:на выходе источника 3 напряжение меняет знак, При этом включается вентиль 8, так как полярность напряжения на формирователе 4 является для него прямой.

При перезарядке формирователя 4 через вентиль 8 и первичный виток системы 2 распределения в последнем формируется импульс тока полярности, противоположной предыдущему импульсу тока, но амплитудой несколько меньшей из-за наличия активных потерь в контуре перезаряда. Как показывает эксперимент, уменьшение амплитуды второго импульса не превышает 20 от номинального значения. Этот прямой импульс тока не проходит на выход генератора 11 из-за вСтречно включенного развязывающего диода 18. Для обратного же .тока разряда диод 18 включен в прямом направлении, импульс тока U, (фиг,4f) включает тиристор 14 реверсивного ключа 5, так как теперь полярность напряжения на выходе источника 3 одинакова с полярностью .напряжения на перезарядившемся формирователе 4. Таким образом, и в этом случае длительность втягивания устройства в номинальный режим работы не превышает двух тактов работы генератора 9 (одного периода питающего напряжения ), Те снические преимущества"предлага.— емого устройства по сравнению с устройствами аналогичного. назначения заключаются в том, что в систему .2 распределения постуттают импульсы тока чередующейся полярности и с одинаковой формой и амплитудой. Благодаря этому сердечники трансформаторов ,системы распределения перемагничивают9 15576 ся по полному циклу, что предотвращает их насыщение и позволяет умень" шить размеры, т ° е. снизить массогабаритные показатели системы распределе- ния.

Кроме того, тиристоры ключа 7 и вентиля 8 выключаются при наличии на них полного обратного напряжения, имеющегося на перезарядившемся формирова"10 теле 4, Прямое напряжение на них появляется только через полпериода сете вой частоты (180 эл.град,), что более чем достаточно для восстановления ти ристором своей управляющей способности (максимальные значения времени восстановления управляющей способности у силовых тиристоров составляет 200300 мкс), Благодаря этому устройство позволяет формировать импульсы то- 20 ка управления любой не ограниченной внизу длительности, что расширяет функциональные возможности устройства, позволяя применять его, например, для управления высоковольтными ключа- 25 ми в импульсных источниках питания электрофильтров газоочистки, где требуемые фронты нарастания импульсного напряжения составляют около 20 мкс.

Формула изобретения

1. Устройство для управления тиристорами высоковольтного блока, содержащее электромагнитную систему распределения импульсов, выходы которой предназначены для подключения к тиристорам высоковольтного блока, первичная обмотка через аашунтированный обратным вентилем управляемый ключ подключена к выходным выводам формирова- .4О теля выходных импульсов, один выходной вывод которого предназначен для подключения к одному выводу,источни" ка питания переменного тока, о т л и- ч а ю щ е е с я тем, что с целью g5

19 10 расширения области применения устройства и уменьшения массогабаритных показателей, обратный вентиль выполнен управляемым, а также введены генератор импульсов управления управляемым ключом и обратным вентилем, реверсивный управляемый ключ, блок начального заряда, генератор импульсов управления реверсивным управляемым ключом и блок синхроимпульсов, причем управляющий вход обратного вентиля подключен к первому выходу генератора импульсов управления управляемым ключом и обратным вентилем, второй выход которого подключен к управляющему входу управляемого ключа, а вход соединен с выходом блока синхроимпульсов, входы которого предназначены для подключения к выводам источника питания переменного тока, для подключения к другому выводу которого через зашунтированный блоком начального заряда реверсивнь.й управляемый ключ, вход управления которого подключен к выходу генератора импульсов управления реверсивным управляемым ключом, вход которого связан с силовыми цепями управляемого ключа г обратного вентиля предназначен другой входной вывод формирователя выходных импульсов.

2, Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что генератор импульсов управления реверсивным управляемым ключом выполнен в виде двух трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены в силовые цепи управляемого ключа и обрат— ного вентиля и использованы как вход генератора импульсов управления, выводы вторичных обмоток с включенными в их цепь развязывающими диодами использованы как выход генератора импульсов управления реверсивным уп1 равляемым ключом, 1557619

1557619

Уу

Составитель А,Киселев

Редактор H,Êèøòóëèíåö Техред А.Кравчук Корректор Н.Король

Подписное Тираж 489

Заказ 721

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101