Способ управления последовательно соединенными силовыми тиристорами

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться для создания высоковольтных тиристорных вентилей. Цель изобретения заключается в повышении надежности за счет устранения перенапряжений на всех силовых тиристорах во время включения. Время включения силовых тиристоров существенно зависит от амплитуды управляющих импульсов. Каждый силовой тиристор для компенсации разброса времен включения включается управляющим импульсом, амплитуда которого устанавливается суммированием двух составляющих. Одна из них неизменна и одинакова для всех силовых тиристоров, а другая устанавливается пропорционально величине перенапряжения, имевшего место во время первого или нескольких первых включений силовых тиристоров. Амплитуда управляющих импульсов быстрыми силовыми тиристорами, на которых перенапряжения во время включения не возникают, не изменяется, а медленными силовыми тиристорами увеличивается до практически полного устранения перенапряжений на их зажимах. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4341781/24-07 (22) 28. 10.87 (46) 30. 11.90. Бюл. К 44 (71) Филиал Всесоюзного электротехнического института им. В.И.Ленина в г. Тольятти (72) А.А.Кувшинов (53) 621 ° 316.727 (088.8) (56) Тиристоры. Технический справочник, Пер.под ред.Лабунцова В,A. и др, M.: Энергия, 1971, с,155, рис.6-13.

Авторское свидетельство СССР

Р 548926 ° кл . Н 02 M 1/081 1977 ° (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИИ; ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО СОЕДИНЕННЫМИ CHJIOBbNH ТИРИСТОРАМИ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться для создания высоковольтных тиристорных вентилей. Цель изобретения заключается в повышении надежности эа счет устранения перенапряжений на всех силовых тиристорах во

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для создания высоковольтных тиристорных вентилей.

Псль изобретения — повышение надежности путем устранения перенапряжений на силовых тиристорах во время включения.

На чертеже показана схема устройства, реалпзующего предлагаемый способ.

Устройство для управления силовы.ми тиристорами 1 содержит формирователь 2 управляющих импульсов, вклю„„SU„„1610553 А 1 (51)5 Н 02 М 1/08, H 02 Н 7/10

2 время включения. Время включения силовых тиристоров существенно зависит от амплитуды управляющих импульсов.

Каждый силовой тиристор для компенсации разброса времен включения включается управляющим импульсом, амплитуда которого устанавливается суммированием двух составляющих. Одна иэ них неизменна и одинакова для всех силовых тиристоров, а другая устанавливается пропорционально величине паренапряжения, имевшего место во время первого или нескольких первых включений силовых тиристоров. Амплитуда управляющих импульсов быстрыми силовыми тиристорами, на которых перенапряжения во время включения не возникают, не изменяется, а медленными силовыми тиристорами увеличивается до практически полного устранения перенапряжений на их зажимах.

1 ил. ( ченный в цепь управления тиристора 1, накопительный конденсатор 3, один вывод которого предназначен для под ключения к управляющему электроду " тиристора 1, а другой через формирователь 2 — к его управляющему электроду, блок 4 отбора мощности, выполненный в виде подключенных параллельно тиристору 1 последовательно соединенных резистора 5, диода 6 и конденсатора 7, эашунтированного стабилитроном 8, источник 9 опорного напряжения, выполненный в виде подключенных параллельно конденсатору 7 резис16 10553 тора 10 и стабилитрона 11, регулятор зарядного напряжения, выполненный в виде транзистора 12, коллектор которого подключен к общей точке диода 6 и конденсатора 7, база — к общей точке резистора 10 и стабилитрона 11 через параллельно соединенные интегрирующий конденсатор 13 и диод 14,,а эмиттер — к другому выводу конденсатора 3, датчик 15 перенапряжения, выполненный в виде подключенных параллельно тиристору 1 последовательно соединенных конденсатора 16 и резистора 17, к средней точке которых подключен анод диода 18, катод которого соединен с базой транзистора 12.

Устройство работает следующим образом. 20

В исходном состоянии при наличии анодного напряжения на силовых тиристорах 1 накопительные конденсато-ры 3 заряжены до равных напряжений, величина которых определяется только 25 источником 9 опорного напряжения, До первого включения силовых тиристоров 1 на выходе датчиков 15 перенапряжения и соответственно на интегрирующих конденсаторах 13 напряжение отсутствует.

При включении формирователей 2 на управляющие электроды силовых тиристоров 1 поступают управляющие импуль1 .сы одинаковой амплитуды, поскольку напряжения накопительных конденсаторов 3 равны. Из-за разброса времени включения формирователей 2 управляющих импульсов, самих силовых тиристоров 1 включение одного из них проте- 40 кает быстрей другого. На "медленном" силовом тиристоре возникает кратковременное перенапряжение, а на выходе датчика 15 перенапряжения появляется напряжение, заряжающее интегрирующий конденсатор 13. Напряжение интегрирующего конденсатора 13 складывается с йапряжением источника 9 опорного напряжения, поэтому заряд интегрирующего конденсатора 13 сопровож- дается увеличением напряжения на управляющем входе регулятора 12 зарядного напряжения. Величины напряжения интегрирующего конденсатора 13 и, соответственно, прирацения напряже55 ния на управляющем входе регулятора

12 зарядного напряжения пропорциональны уровню перенапряжения на "медленноь." силовом тиристоре, регулятор

12 зарядного напряжения увеличивает напряжение накопительчого конденсатора 3, причем величина приращения также пропорциональна уровню перенапряжения на силовом тиристоре. В дальнейшем до очередного включения силовых тиристоров напряжение интегрирующего конденсатора 13 и, соответственно, напряжение накопительного конденсатора 3 остаются неизменными.

Таким образом, после первого включения силовых тиристоров 1 напряжение накопительного конденсатора 3 "быстрого" силового тиристора остается неизменным и определяется только источником 9 опорного напряжения. Напряжение накопительного конденсатора

3.1 медленного" силового тиристора возрастает на величину, пропорциональную уровню перенапряжения во время первого включения, При повторном включении амплитуды импульса, управляющего "быстрым" силовым тиристором, .остается неизменной. Амплитуда импульса, управляющего "медленным" силовым тиристором, возрастает за счет увеличения напряжения накопительного конденсатора 3.

Время включения медленного" силового тиристора уменьшается, приближаясь по величине к времени включения

"быстрого" силового тиристора. Если один силовой тиристор по-прежнему включается быстрей другого на зажимах последнего вновь возникает перенапряжение ° Уровень перенапряжения меньше, чем при первом включении за счет уменьшения разброса времен включения силовых тирисгоров. Интегрирующий:конденсатор1 13 дозаряжается выходным напряжением датчика 15 перенапряжения до более высокого напряжения. Увеличение напряжения интегрирующего конденсатора 13 вызывает дальнеишее увеличение напряжения накопительного конденсатора 3 регулятора 12 зарядного напряжения.

Таким образом, при каждом последующем включении силовых тиристоров напряжение накопительного конденсатора 3 возрастает, вызывая увеличение амплитуды импульса, управляющего, "медленным" силовым тиристором, Указанный процесс прекратится, когда время включения медленного" силового тиристора за счет увеличения амплитуды управляющего импульса уменьшится до значения времени вклю5

16 пения "быстрого" силового тиристора, управляющий импульс которого остается неизменным. После этого силовые тиристоры включаются одновре— менно, хотя время включения формирователей управляющих импульсов и самих силовых тиристоров при равных импульсах управления различно. Напряжение накопительного конденсатора 3

"быстрого" тиристора определяется только источником 9 опорного напряжения, а "медленного" тиристора— суммой напряжений интегрирующего конденсатора 13 и источника 9 опорного напряжения. Величина напряжения интегрирующего конденсатора 13 "медленного" тиристора пропорциональна разности времен включения силовых тиристоров при одинаковых амплитудах управляющих импульсов.

При последовательном соединении

N силовых тиристоров процессы протекают аналогично. В каждой ячейке управления устанавливается индивидуальный уровень напряжения на накопительном конденсаторе, пропорциональный величине задержки включения данного силового тиристора относительно наиболее "быстрого" из N силовых тиристоров при равных. импульсах управления. Соответственно для каждого силового тиристора устанавливается индивидуальное значение амплитуды управляющего импульса. Этим достигается одновременность включения всех

М силовых тиристоров и отсутствие перенапряжений на их зажимах, причем время включения всей группы силовых тиристоров приближается к времени включения наиболее "быстрого" из них.

Работа принципиальной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ, рассмотрена на примере одной тиристорной ячейки.

С 43 Cf6

1 + Ц

50 СдУ +С16 " С > +С 6

В исходном состоянии накопительные конденсаторы 3 и 7 заряжены до напряжений стабилизации стабилитрона 11 источника 9 опорного напряжения

1 и стабилитрона 8 устройства 4 отбора мощности соответственно. Конденсатор 16 заряжен практически до анодного напряжения силового тиристора.

Резистор 17 выбирается так, чтобы падение напряжения от протекания тока конденсатора 16 было меньше напряжения стабилизации стабилитрона 11. В этом случае через интегри10553 6 рующий конденсатор 13 ток не протекает и напряжение на нем отсутствует.

Диод 14 предотвращает заряд интег5 рирующего конденсатора 13 до отрицательного напряжения базовым током регулирующего транзистора 12 во время первоначального заряда накопительного конденсатора 3 до напряжения стабилизации стабилитрона 11 после подачи анодного напряжения на силовой тиристор.

Кратковременное перенапряжение на силовом тиристоре, обусловленное включением других более "быстрых" силовых тиристоров, практически полностью прикладывается к резистору 17.

Диод 18 открывается и интегрирующий конденсатор 13 заряжается по це20 пи: анод силового тиристора — конденсатор 16 — диод 18 — интегрирующий конденсатор 13 — стабилитрон 11 - катод силового тиристора. Напряжение на интегрирующем конденсаторе 13 за время

25 время действия перенапряжения при достаточно большой величине резистора 17 достигает величины

С

U = — — — — ° (5U — U)()

13 С1 +С1б П где С<, С вЂ” емкости конденсаторов

13 и 16 соответственно;

U < — напряжение стабилиза35 ции стабилитрона 11; бБ — величина превышения

И анодного напряжения на силовом тиристоре во время включения над анодным напряжением непосредственно перед включением.

В результате заряда интегрирующего конденсатора 13 напряжение на базе регулирующего транзистора 12 увеличивается от значения U до значе Н ния, равного

Регулирующий транзистор 12 открывается, заряжая эмиттерным током накопительный конденсатор 3 до нап55 ряжения, равного U за вычетом падения .напряжения.> на переходе база-эмиттер ° До следующего включения силовых тиристоров напряжения интегрирующегоо конденсатора 13 и накопи1610") 53 тельного конденсатора 3 практически не изменяются.

Таким образом, после первого включения силовых тиристоров напряжение на накопительном конденсаторе 3 получает приращение, пропорциональное по величине перенапряжению на зажимах рассматриваемого силового тиристора.

Очередное включение силового тирис- 10 тора производится импульсом управления увеличенной амплитуды и протекает быстрее, чем предыдущее включение. Если, однако, на силовом тиI ристоре вновь появляется перенапряжение во время включения происходит дозаряд интегрирующего конденсатора 13 по указанной выше цепи и дальнейшее увеличение напряжения накопительного конденсатора 3. Поэтому следующее включение силового тиристора производится импульсом управления увеличенной амплитуды. Напряжение накопительного конденсатора 3 возрастает после каждого включения 25 силового тиристора, пока величина перенапряжения на его зажимах не уменьшится до значения, равного (U<> + U ). При меньшей величине перенапряжения невозможны отпирание 30 диода 18 и дозаряд интегрирующего конденсатора 13. Современные силовые тиристоры коммутируют напряжение до

3-5 кВ, а напряжение питания формирователей управляющих импульсов не превышает 100-300 В, поэтому указанная величина перенапряжения безопасна для силового тиристора.

Таким образом, дальнейшие включения силового тиристора протекают прак- О тически без перенапряжений, а напряжение интегрирующего конденсатора 13 остается неизменным. В случае уменьшения напряжения интегрирующего конденсатора 13, в частности за счет протекания базового тока регулирующего транзистора, на зажимах силового тиристора вновь появляется незначительное по величине перенапряжение

Ф за с ".ет некоторого уменьшения ампли50 туды управляющих импульсов. В результате интегрирующий конденсатор 13 доэаряжается до прежнего напряжения, восстанавливая работу силового тиристора без перенапряжений во время включения. Для ослабления влияния базового тока регулирующего транзистора 12 целесообразно последний выполнять по схеме Дарлингтона, Максимальное напряжение накопительного конденсатора 3 ограничено стабилитроном 8, который должен вы— бираться так, чтобы амплитуда управляющего импульса не превышала максимально допустимого значения. Минимальное напряжение накопительного конденсатора 3 определяется стабилитроном

11, который должен выбираться так, чтобы амплитуда управляющего импульса была не меньше значения опирающего тока силового тиристора. При соблюдении указанных ограничений диапазон регулирования амплитуды управляющих импульсов охватывает все допустимые значения — от отпирающих до максимально допустимых.

При работе в составе преобразовательного устройства силовые тиристоры в закрытом состоянии могут подвергаться воздействию коммутационных перенапряжений. Для исключения влияния этих перенапряжений достаточно заменить диод 18 тиристорам а его управляющий электрод подключить к выходу формирователя 2 управляющих импульсов. В этом случае интегрирующий конденсатор 13 будет заряжаться только после включения формирователя 2 управляющих импульсов, т.е. непосредственно перед возникновением перенапряжения на силовом тиристоре.

Для этого дополнительный тиристор должен быть достаточно быстродействующим по сравнению с наиболее "быстрым" силовым тиристором. В этом случае дополнительный тиристор включа ется раньше возникновения перенапряжения на "медленном" силовом тиристоре. ,Затем процессы протекают так же, как в случае с диодом 18. После вкпючения силового тиристора и. разряда конденсатора 16 через резистор 17 тиристор запирается отрицательным напряжением, равным сумме (U + U < ), и остается в закрытом состоянии до следующего включения формирователя 2 управляющих импульсов.

Таким образом, предлагаемый способ управления последовательно соединенными силовыми тиристорами по сравнению с известными позволяет получить положительный эффект, который заключается в повышении надежности за счет устранения перенапряжений во время включения на всех силовых тиристорах и достигается регулированием амплитуды управляющих импульсов каж1О

1610553

Формула изобретения

Способ управления последовательно соединенными силовыми тиристорами, Составитель А.Меркулова

Редактор А.Маковская Техред М.Дидык Корректор С. Черни

Заказ 3743 Тираж 495 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". г.ужгород, ул. Гагарина, 101 дого силового тиристора пропорционально величине перенапряжения, возникающего во время первого или нескольких первых включений. При каждом изменении параметров рабочего режима силовых тиристоров, например анодного нап ряжения, влияющих на абсолютное значение и разброс времен включения, а также после замены части вышедыих из строя силовых тиристоров устанавливаются новые значения амплитуд управляющих импульсов силовыми тиристорами, при которых перенапряжения на всех силовых тиристорах отсутствуют. заключающийся в том, что формируют сигналы управления каждым скловым тиристором и подают их одновременно на управляющие электроды соответствующих тиристоров, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повьппе ния надежности за счет устранения перенапряжения на силовых тиристорах во время включения,,во время очередного включения формируют сигналы, пропорциональные величине перенапряжения на каждом тиристоре, суммируют каждый из полученных сигналов с сигналом управления соответствующего тиристора и при последующем включении результирующие сигналы подают на управляющие переходы соответствующих тиристоров.