Высоковольтный тиристорный ключ с защитой от перенапряжений
Изобретение относится к электротехнике к тиристорным ключам. Цель изобретения - упрощение. В тиристорном ключе каждый RC-элемент и двухполярный ограничитель напряжения разбиты на два RC-элемента и на два двухполярных ограничителя напряжения, соответственно. Связь между тиристорами первой и второй ветвей осуществляется через RC-элементы защитной цепи таким образом, что потенциалы катода и анода одноименных тиристоров отличаются на величину падения напряжения на одном RC-элементе, при этом параллельно каждому тиристору включено два последовательно соединенных RC-элемента. Параллельно каждому RC-элементу через дополнительно введенные диоды подключен двухполярный ограничитель напряжения так, что ток, протекающий через него при ограничении перенапряжения, запускает элемент формирования импульсов того тиристора, который соединен параллельно по направлению проводимости совпадает с вектором перенапряжения. Потенциальная развязка между тиристором и элементом формирования импульсов осуществлена путем подключения последнего к дополнительно введенной первичной обмотке трансформатора управления. 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высоковольтных преобразователях, содержащих тиристорные ключи, в частности в тиристорных компенсаторах реактивной мощности. Цель изобретения - упрощение устройства. На чертеже представлена функциональная схема высоковольтного тиристорного ключа с защитой от перенапряжений. Высоковольтный тиристорный ключ с защитой от перенапряжений содержит две параллельно соединенные ветви 1 и 2, первая 1 из которых выполнена в виде n последовательно соединенных тиристоров 3.1, 3.2.....3.n, снабженных соответствующими элементами формирования импульсов 4.1, 4.2...4.n и элементами передачи импульсов 5.1, 5.2...5.n в анодно-катодном направлении, защитную цепь из (2n-1) RC-элементов 6.1,6.2...6.2n-1, 4n-4 диодов 7.1, 7.2... 7.4n-4, 2n-1 варисторов 8.1, 8.2...8.2n-1, два дополнительных диода 9 и 10. Каждый элемент формирования импульсов 4.1, 4.2,4.3...4.n первой 1 и второй 2 ветви выполнен, например, в виде конденсатора 11, резистора 12, тиристора 13 и стабилитрона 14. При этом первые выводы конденсатора 11 и резистора 12, анод тиристора 13 и катод стабилитрона 14 соединены между собой и образуют первый вывод входа элемента формирования импульсов, вторые выводы конденсатора 11 и резистора 12 соединены между собой и образуют вторые выводы входа и выхода элемента формирования импульсов, первым выходом которого является катод тиристора 13, подключенного управляющим выводом к аноду стабилитрона 14. Каждый элемент передачи импульсов 5.1, 5.2, 5.3...5.n первой 1 и второй 2 ветви выполнен, например, в виде трансформаторов управления 15 и первого 16 и второго 17 диодов, причем первый и второй выводы вторичной обмотки трансформатора управления 15 соединены через анод-катод соответствующих диодов 16 и 17 между собой, образуя первый вывод выхода элемента передачи импульсов, и средний вывод обмотки образует второй вывод выхода элемента передачи импульсов. Каждый RC-элемент 6.1, 6.2, 6.3...6.2n-1 защитной цепи выполнен в виде последовательно соединенных резистора 18 и конденсатора 19, причем точка соединения катода i-го тиристора 3.i и анода (i+1)-го тиристора 3i+1 первой ветви 1 подключена к точке соединения 2i-го RC-элемента 6.2i и (2i+1)-го RC-элемента 6.2i+1 защитной цепи и через анод-катод 4i-го диода 7.4i - к первому выводу (2i+1)-го варистора 8.2i+1 и первому выводу входа (i+1)-го элемента формирования импульсов 4.i+1 второй ветви 2, а через катод-анод (4i-1)-го диода 7.4i-1 - к второму выводу 2i-го варистора 8.2i и второму выводу входа (i+1)-го элемента формирования импульсов 4.i+1 во второй ветви 2, выход которого соединен с дополнительной первичной обмоткой трансформатора управления 15 (i+1)-го элемента пеpедачи импульсов 5i+1. Точка соединения анода i-го тиристора 3i и катода (i+1)-го тиристора 3.i+1 второй ветви 2 подключена к точке соединения 2i-го RC-элемента 6.2i и (2i-1)-го RC-элемента 6.2i-1 защитной цепи и через анод-катод (4i-3)-го диода 7.4i-3 - к второму выводу (2i-1)-го варистора 8.2i-1 и первому выводу входа i-го элемента формирования импульсов 4.i первой ветви 1, а через катод-анод (4i-2)-го диода 7.4i-2 - к первому выводу 2i-го варистора 8.2i и второму выводу входа i-го элемента формирования импульсов 4i в первой ветви 1, выход которого соединен с дополнительной первичной обмоткой трансформатора управления 15 i-го элемента передачи импульсов 5.i, при этом i= 1,2, . . .n-1. Первый выход первого варистора 8.1 соединен с первым выводом входа первого элемента формирования импульсов 4.1 второй ветви 2 и с катодом первого дополнительного диода 9, анод которого подключен к второму выводу входа первого элемента формирования импульсов 4.1 второй ветви 2 и к точке соединения анода первого тиристора 3.1 первой ветви 1 и катода первого тиристора 3.1 второй ветви 2. Второй вывод (2n-1)-го варистора 8.2n-1 соединен с первым выводом входа n-го элемента формирования импульсов 4n первой ветви 1 и с катодом второго дополнительного диода 10, анод которого подключен к второму выводу входа n-го элемента формирования импульсов 4n первой ветви 1 и к точке соединения анода n-го тиристора 3n второй ветви 2 и катода n-го тиристора 3n первой ветви 1. Основные первичные обмотки трансформаторов управления 15 элементов передачи импульсов 5.1, 5.2...5.n соединены последовательно в виде общего высоковольтного кабеля 20 - для первой 1 и 21 - для второй 2 ветвей, каждый элемент передачи импульсов 5.1, 5.2, 5.3. . . 5.n в первой 1 и во второй 2 ветвях выходом соединен с управляющим переходом соответствующего тиристора 3.1, 3.2, 3.3...3n. Работа высоковольтного тиристорного ключа с защитой от перенапряжений осуществляется следующим образом. Напряжение UA-UB, которое приложено к ключу, делится по последовательно соединенным тиристорам 3.1, 3.2...3n. Принудительное выравнивание прямых и обратных напряжений на тиристорах, а также демпфирование перенапряжений осуществляется с помощью конденсаторов 19 последовательно соединенных RC-элементов 6.1, 6.2. ..6.2n-1 защитной цепи, общей для первой 1 и второй 2 ветвей. Резисторы 18 предназначены для ограничения скорости нарастания прямого тока через тиристоры 3.1, 3.2...3n от разряда конденсаторов 19. В данной схеме исключено непосредственное соединение тиристоров 3.1, 3.2...3n первой 1 и второй 2 ветвей между собой, требующее мощных соединительных шинопроводов и усложнения конструкции. Связь между тиристорами первой 1 и второй 2 ветвей осуществляется через RC-элементы 6.1, 6.2...,6.2n-1 защитной цепи таким образом, что потенциал катода и анода одноименных тиристоров например i-х 3i первой 1 и второй 2 ветвей отличаются на величину падения напряжения на одном RC-элементе 6.2i, при этом параллельно каждому тиристору включено два последовательно соединенных RC-элемента. Тиристоры 3.1, 3.2. ..3n управляются импульсами тока, которые подают на управляющие их переходы через высоковольтный кабель 20 в первой ветви 1 и 21 - во второй ветви 2 и через элементы передачи импульсов 5.1, 5.2...5.n. Трансформаторы управления 15 предназначены для потенциальной развязки цепей управления тиристорами между собой. Диоды 16 и 17 служат для формирования однополярных импульсов управления на управляющем переходе тиристоров 3.1, 3.2...3.n. Для ограничения перенапряжений, возникающих на тиристорах 3.1, 3.2...3n первой 1 и второй 2 ветвей, параллельно каждому RC-элементу 6.1, 6.2...6.2n-1 включен соответствующий варистор 8.1,8.2...8.2n-1, причем не непосредственно, а через диоды 7.1, 7.2...7.4n-4 и через входы элементов формирования импульсов 4.1, 4.2...4n первой 1 и второй 2 ветвей так, что ток, протекающий через варисторы 8.1,8.2...8.2n-1 в момент ограничения перенапряжения, заряжает конденсаторы 11 элементов формирования импульсов 4.1, 4.2...4n той ветви, к анодам тиристоров 3.1, 3.2...3n которой приложена положительная полярность перенапряжения. Если длительность и величина перенапряжения достаточны для того, чтобы конденсатор 11 зарядился до напряжения стабилизации стабилитрона 14, то ток, протекающий через стабилитрон 14, включает тиристор 13, который разряжает конденсатор 11 через первичную дополнительную обмотку трансформатора управления 15 элемента передачи импульсов 5.1, 5.2... 5n. В результате на вторичной обмотке трансформатора управления 15 формируется импульс тока, который через диоды 16 и 17 поступает на управляющий переход силового тиристора 3.1 (3.2...3n). Тиристор 3.1(3.2...3n) включается и напряжение на нем сбрасывается практически до нуля, т.е. исключается возможность возникновения опасного перенапряжения на тиристоре. Резистор 12 элемента формирования импульсов 4.1(4.2...4.n) разряжает конденсатор 11 в паузах между моментами ограничения перенапряжений. Значения емкости конденсатора 11 и сопротивления резистора 12 выбираются из условия полного использования варисторов 8.1, 8.2...8.2n-1 по мощности. Так как n-й тиристор 3n и n-й элемент формирования импульсов 4.n в первой ветви имеют общую точку соединения, то потенциальная развязка между ними не требуется, поэтому n-й элемент передачи импульсов 5n не обязателен. По аналогичной причине не обязателен и первый элемент передачи импульсов 5.1 во второй ветви 2. Однако из-за того, что трансформаторы управления 15 элементов передачи импульсов 5.1, 5.2, . . .5n выполнены в виде единого конструктивного узла, поскольку основные первичные обмотки их соединены последовательно и представляют общий высоковольтный кабель, то с точки зрения унификации указанного узла, используемого в первой 1 и второй 2 ветвях, n-й элемент передачи импульсов 5n первой ветви 1 и первый элемент передачи импульсов 5.1 второй ветви 2 желательно не исключать. Первый 9 и второй 10 дополнительные диоды предназначены для шунтирования входов n-го элемента формирования импульсов 4.n первой ветви 1 и первого элемента формирования импульсов 4.1 второй ветви 2, соответственно, в обратном направлении и не обязательны в устройстве, если управляющий переход тиристора 13 не имеет проводимости в обратном направлении, т. е. исключается протекание тока через дополнительную первичную обмотку трансформатора управления 15 и следовательно через управляющий переход тиристоров 3n в первой ветви 1 и 3.1 во второй ветви 2 в момент положения к ним обратного напряжения. (56) Патент Швеции аналог ФРГ N 2819929, кл. Н 02 Н 7/127,1978. Salanki Tibor and Thiele Gerd. Thyristor Converters for Static Compensators Svemens A.G. 1983.
Формула изобретения
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ КЛЮЧ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ, содержащий две встречнопараллельно соединенные ветви, каждая из которых выполнена в виде n последовательно соединенных тиристоров, каждый из которых снабжен элементом формирования импульсов управления и трансформатором управления, защитную цепь из последовательно соединенных RC-элементов, включенную параллельно первой и второй ветвям, и двухполярные ограничители напряжения, отличающийся тем, что, с целью упрощения, защитная цепь выполнена из 2n-1 RC-элементов, число двухполярных ограничителей напряжения равно 2n-1, введено 4n-4 диодов, а каждый трансформатор управления снабжен дополнительной обмоткой, причем точка соединения катода i-го и анода (i + 1)-го тиристоров первой ветви подключена к точке соединения 2i-го и (2i + 1)-го RC-элементов защитной цепи, к аноду 4i-го диода, катод которого подключен к первому выводу (2i + 1)-го двухполярного ограничителя напряжения и первому выводу входа (i + 1)-го элемента формирования импульсов управления (i + 1)-го тиристора второй ветви, и к катоду (4i - 1)-го диода, анод которого подключен к второму выводу 2i-го двухполярного ограничителя напряжения и второму выходу входа (i + 1)-го элемента формирования импульсов управления (i + 1)-го тиристора второй ветви, выход которого соединен с дополнительной обмоткой (i + 1)-го трансформатора управления, точка соединения анода i-го и катода (i + 1)-го тиристоров второй ветви подключена к точке соединения (2i - 1)-го и 2i-го RC-элементов защитной цепи, к аноду (4i - 3)-го диода, катод которого подключен к второму выводу (2i - 1)-го двухполярного ограничителя напряжения и первому выводу входа i-го элемента формирования импульсов управления i-го тиристора первой ветви, и катоду (4i - 2)-го диода, анод которого подключен к первому выводу 2i-го двухполярного ограничителя напряжения и второму выводу входа i-го элемента формирования импульсов управления i-го тиристора первой ветви, выход которого соединен с дополнительной обмоткой i-го трансформатора управления, при этом i = 1,2, ... , n-1, точка соединения анода первого тиристора первой ветви и катода первого тиристора второй ветви соединена с первым выводом первого двухполярного ограничителя напряжения, в цепи которого последовательно включен вход первого формирователя импульсов управления первого тиристора второй ветви, точка соединения катода n-го тиристора первой ветви и анода n-го тиристора второй ветви соединена с вторым выводом (2n - 1)-го двухполярного ограничителя напряжения, в цепи которого последовательно включен вход n-го формирователя импульсов управления n-го тиристора первой ветви.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 01.11.1997
Номер и год публикации бюллетеня: 14-2001
Извещение опубликовано: 20.05.2001
