Способ распределения тока между вентилями управляемого многофазного статического преобразователя

 

Сущность изобретения: в способе уменьшают температуру полупроводниковой структуры наиболее нагретого вентиля (В) в преобразователе (П) в режиме его рабочей перегрузки и необходимое число В в П. Контролируют выходкой ток П, вводят в заданном числе фаз П заданное «пело резервных параллельных В при превышении выходным током П заданной величины, одновременно с этим уменьшают длительности проводящего состояния В в других фазах путем изменения моментов подачи импульсов управления к ним 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s Н 02 M 7/48

Я

ГГ Р 11 (j 1 ) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4688185/07 (22) 03,05.89

{46) 07.10.92. Бюл. N 37 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) M,Å.Ãoëüäøòåéí, Ю.Н,Ольман, А.Е.Рефес и П,Н.Сенигов

{56) 1, Полупроводниковые выпрямители

E.È.Áåðê0Bè÷ и др. "Полупроводниковые выпрямители". Энергия, 1978, с.70 — 104.

2, Справочник по преобразовательной техники. Чиженко-Техника, 1978, с.60-64. (54) СПОСОБ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКА

МЕЖДУ ВЕНТИЛЯМИ УПРАВЛЯЕМОГО

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано преимущественно в управляемых многофазных преобразователях электрической энергии, допускающих кратковременные рабочие перегрузки по току, например, в преобразователях для электропривода и возбуждения мощных синхронных машин.

Известны способы распределения тока между вентилями управляемых многофазных статических преобразователей, заключающиеся в установлении одинаковой длительности проводящего состояния вентилей путем подачи к ним импульсов управления в равноотстоящие друг от друга моменты времени, Щ :,ы ..

МНОГОФАЗНОГО СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБ РАЭ О ВАТЕЛЯ (57) Сущность изобретения: в способе уменьшают емпературу полупроводниковой структуры наиболее нагретого вентиля (В) в преобразователе (П) в режиме его рабочей перегрузки и необходимое число В в

П. Контролируют выходной ток П; вводят в заданном числе фаз П заданное число резервных параллельных В при превь.шении выходным током П заданн: и величины, од,новременно с этим уменьшают длительности проводящего состояния В в других фазах путем изменения моментов подачи импул сов управления к ним, 10 ил, Наиболее близким к предлагаемому явлются сйособ распределения тока между,( вентилями управляемого многофазного ста- (о тического преобразователя путем его не- ф симметричного регулирования (2), заключающийся в установлении заданной длительности проводящего состояния вентилей путем подачи к ним импульсов управления в заданные моменты времени. В результате обеспечивается различная длительность проводящего состояния вентилей различных фаз, что приводит к существенному улучшению энергетических показателей преобразователя.

В то же время в силу существенной разницы в токовой загрузке вентилей эффек т й"вносить йсйользования по току

1767664 значительной их части невелика. Эта эффективность еще ниже в преобразователях, допускающих кратковременные рабочие перегрузки по току, так как при их создании приходится завышать номинальные токи вентилей либо применять параллельное их включение, что приводит к существенной их недогрузке по току в течение длительного времени их работы.

Целью изобретения является повышение эффективности йспольэования вентилей по току.

Поставленная цель достигается тем, что путем подачи к вентилям импульсов управления в заданные моменты времени уста5

10 навливают заданную длительность их проводящего состояния, контролируют выходной ток преобразователя, на время превышения которым его номинального значения к определенному количеству фаз подключаю заданное число резервных параллельных вентилей, одновременно с этим в других оставшихся фазах преобразователя уменьшают длительность проводящего состояния вентилей на величину, выбранную исходя из нижней границы, соответст25

30 вующей предельной тепловой нагрузке этих вентилей и верхней, соответствующей одинаковой тепловой нагрузке вентилей всех фаз.

На фиг.1 приведен вариант блок-схемы, реализующей предложенный способ распределения тока между вентилями трехфазного мостового статического преобразователя; на фиг.2 — пример реализации элемента задержки; на фиг.3...10— временные диаграммы токов анодной группы вентилей преобразователя и средней температуры полупроводниковой структуры наиболее нагретого вентиля в нормальном режиме работы преобразователя (фиг.3), в режиме рабочей перегрузки преоб40 разователя при реализации способа (1) (фиг,4), в режиме рабочей перегрузки преобразователя при введенных в каждой фазе резервных параллельных вентилях и реалиперегрузки преобразователя при введенных в фазе А резервных параллельных вентилях и реализации способа (1) (фиг.6), в режиме рабочей перегрузки преобразователя и реализации способа (2) (фиг,7), в режиме рабочей перегрузки преобразователя при введенных в каждой фазе резервных параллельных вентилях и реализации способа (2), в режиме рабочей перегрузки преобразователя и реализации предлагаемого способа (фиг.9, 10).

Блок-схема содержит трехфазный мостовой полупроводниковый преобразова50

55 зации способа (1) (фиг.5), в режиме рабочей 45 тель 1 с включенными в катодные и анодные плечи фаз А,В,С моста соответственно тиристорами 2,3; 45 и 6,7 и тиристорами 8,9, подключенными параллельно соответственно тиристорам 2,3 фазы А. Выход преобразователя 1 через датчик 10 его выходного тока подключен к нагрузке 11. Устройство содержиттакже систему импульсно-фазового управления (СИФУ) 12 преобразователем, у которой первый выход непосредственно и через управляемый ключ 13 подключен к управляющим электродам соответственно тиристоров 2 и 8, второй выход непосредственно и через управляемый ключ 14 подключен к управляющим электродам соответственно тиристоров 3 и 9, выходы с третьего по шестой соответственно через элементы задержки

15... t8 подключены к управляющим электродам соответственно тиристоров 4...7. В блок-схему входит также компаратор 19, второй вход которого подключен к выходу источника 20 сигнала, пропорционального заданному выходному току преобразователя, а первый вход подключен к выходу датчика тока 10. Выход компаратора 19 подключен к управляющим входам ключей

13,14 и элементов задержки 15...18.

Каждый элемент задержки 15...18 (фиг.2) состоит из управляемого ключа 21, вход и выход которого является входом и выходом элемента задержки, компаратора

22, первый вход которого является управляющим входом элемента задержки, и генератора 23 линейно нарастающего напряжения, пусковой вход которого подключен к входу ключа 21, Выход генератора

23 подключен к второму входу компаратора

22, выход которого, в свою очередь, подключен к управляющему входу ключа 21.

Блок-схема (фиг.1) работает следующим образом.

В нормальном (без перегрузки) режиме работы преобразователя 1 сигнал, формируемый источником 20, превышает выходной сигнал датчика тока 10 и на выходе компаратора 19 сигнал не формируется. В результате ключи 13, 14 закрыты, то есть импульсы управления от СИФУ 12 к тиристорам 8,9 не поступают и они закрыты. Кроме того задержка импульсов управления элементами

15...18 не осущес1 вляется и они беспрепятственно поступают от СИФУ 12 к тиристорам 4...7. Таким образом преобразователь 1 работает как известный трехфазный мостовой преобразователь с симметричным управлением (1)..

В режиме рабочей перегрузки преобра. зователя при превышении выходным сигналом датчика тока 10 сигнала, формируемого

5 1767664

6 источником 20, на выходе компаратора 19 венства средней температуры полупроводформируется сигнал, который открывает " "никовой структуры наиболее нагретого из ключи 13, 14 и тем самым обеспечивается - тиристоров 2...9 допустимой температуре беспрепятственное прохождение импуль= (принята равной 115 С), и составило 7840 А. сов управления от СИФУ 12 к тиристорам. 5 Верхняя и нижняя границы уменьшения

8,9. Зтот же сигнал, поступая в элементй Дййтельности проводящего состояйия тиризадержки 15...18, приводит к осущестйЯ; "сто йв4.„ приперегрузкеопределялисьиз нию фиксированных задержек в поступле- " ЫЬвйй соответственно равенства теплонии импульсов управления от СИФУ 12 к вых нагрузок всех тиристоров 2...9 и равентиристорам 4...7. При этом задержка по- 10 ства средней, температуры ступления импульсов управления к тиристЪ- " йолупрЬводниковои структуры наиболее нарам 4,5 осуществляется в два раза более грето-о из тиристоров 2...9 допустимой ведлительная чем к тиристорам 6,7, что уСта- лйчйне (115 С) и составили соответственно навливает я заданием соответствуюЩИГ" - 0,0012 с и 0,00063 с, В соответствии с ними скоростей нарастания линейноизменяюще- 15 моделировались граничные значения длигося напряжения, формируемого генерато- тельностей задержек импульсов управлерами 23, соответствующих элемент ов " ния тирист "ор"ами", """оСуще ст в"л яемых задержки 15...18. В результате в плечах фа- элементами задержки 15,16, соответствензы А преобразователя 1 начинают парал-" ""ío 0,0048 с и 0,00252 с и элементами задерлельно работать соответственно тиристоры 20 жки 17,18 соответственно 0,00024 и 0,00126

2,8 и 3,9, длительность проводяшего состо- с. Результаты анализа отражены на яния которых за период больше чем у тири- — фиг.3...10, где кривые 24,25.26 — импульсы сторов 4...7 фаз В и С на величину задержки тока соответственно тйристоров 3,5,7, крипоступления импульсов управления Ьг вая 27 — средняя температура полупроводСИФУ12 к тиристорам 4,5. Тем самым обес- 25 никовой структуры наиболее нагретого из М ю Вйю Ъб му току тиристоров 4...7 за счет Анализ кривых на фиг.3...10 позволяет дополнительной нагрузки плеч преобразо-. сделать следующие выводы. вателя 1 с тиристорами 2,8 и 3,9, а значит в Если применить известный способ (1), меньший нагрев полупроводниковой струк- 30 то в режиме рабочей перегрузки преобразотуры тиристоров преобразователя, чем B вателя температура структуры его тиристослучае распределения тока между ними по ров составит 133 С (фиг.4), что больше известным способам (1,2). Поэтому йриме- допустимой (115 С). Введение резервных нение предлагаемого способа позволяет за- параллельных тиристоров 8,9 эффекта не гружать тиристары в нормальном режиме 35 даст, так как по прежнему структура тириработы преобразователя большим по вели- сторов 4...7 будет греться до 133 С (фиг.6). чине током, то есть использовать их более Обеспечить работоспособность преобразоэффективно, чем и заключается преимуще- вателя при реализации способа (1) возможство предлагаемого способа перед извест--- Ho Topüêî путем введейия резервных ными. 40 параллельных тиристоров во все плечи преДля количественной оценки эффекта, образователя, что приведет к снижению получаемого в результате применейия - температурй до 72 С (фиг,5). Но при этом предлагаемого способа на математической существенно ухудшается технико-экономимодели проанализированы тепловые режи- "чесКйе показатели йрйобразователя. Примы работы тиристоров 2...9 в преобразова- 45 менение способа (2) еще в большей степени теле 1, питающемся отсеги промышленной усугубляет ситуацию, так как из-за несимчастоты в нормальном режиме его работы и метричного управления тиристоры 2,3 дорежиме рабочей перегрузки при реализа- полнйтельно нагреваются итемператураих ции известных и предлагаемого способов структуры должна-была бы подняться до

Номинальный выпрямленный ток преобра : 50 171 С (фиг.7), Сделать ее ниже допустимой зователя принимался равным 4000 А, крат-, опять таки возможно только путем введения ность тока рабочей перегрузки — 2,25, ее резервных параллельных тиристоров во длительность-20с. Анализ проводился jjiÿ- всех плечах преобразователя (фиг.8), Притиристоров 2...9 типа Т173-2000 с двухсто- менение же предлагаемого способа позворонним водяным охлаждением (темпераТу= 55 ляет обеспецить температуру структуры рой охлаждающей воды принималась наиболее нагретого из тиристоров 2„,9 в равной 35 С).Значение выходноготока пре= - "пределах о допустимой (115 С) (фиг.9 до образователя 1, при котором выходной сиг- 98 C (фиг,10), вводя параллельные резервнал датчика тока 10 равен сигналу от ные тиристоры только в одной фазе преобисточника 20, определялось из условия ра.- разователя, что говорит о более высоком ! "- ° *.

1767664 коэффициенте использования тиристоров по току, чем при реализации известных способов.

Применение предлагаемого способа, в конечном счете, приведет к снижению необ-. ходимого числа вентилей в преобразователе либо к увеличению срока его службы, либо к установке в преобразователе менее дорогих вентилей на меньшие номинальные токи.

Формула изобретения

Способ распределения тока между вентилями управляемого многофазного статического преобразователя, заключающийся в том, что устанавливают заданную длительность проводящего состояния вентилей, л

- подают на них импульсы управления в заданные моменты времени и контролируют выходной ток преобразователя, с т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения

5 эффективности использования вентилей по току, на время превышения выходного тока его номинального значения к определенному количеству фаз подключают заданное число резервных параллельных вентилей, 10 одновременно с этим в других оставшихся фазах преобразователя уменьшают длительность проводящего состояния вентилей на величину, выбранную исходя из нижней границы соответствующей предельной теп15 ловой нагрузке этих вентилей и верхней,соответствующей одинаковой тепловой нагрузке вентилей всех фаз.

1767664

27! ./ 3 л) Ре (л гь ) 2 г66 с

) 26) 2Ф (25 26 с,б7

«53 "С

;м с Рui-: 7

27 г /4 ) й

T Г

7, Й

Составитель П.Сенигов

Техред М,Моргентал Корректор Т Вашкович

Редактор

Заказ 3557 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР t13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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