Силовой двухоперационный полупроводниковый

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

374583

Сома Cob970Nll

Социалиотичввкил

Рвопублив

Зависимое от авт. свидетелсьтва №

Заявлено 22.XI I.1970 (№ 1604752/24-7) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 2ОЛ11.1973. Бюллетень № 15

Дата опубликования описания 15Х1.1973

М. Кл. Ст 051 3/00

Н 02m 1/08

Комитат по лвлам иаабрвтвиий и открытий ори Совете Миииотрав

СССР

УДК 621.316.722(088.8) Авторы изоб,ретен ия

М. И. Абрамович, В. М. Венделанд и А. А. Сакович

Заявитель

СИЛОВОЙ ДВУХОПЕРАЦИОННЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ

МОДУЛЬ

Известны силовые д вухоперационные полупроводниковые модули для,включения и отключения тока силовой цепи, например регуляторов напряжения, содержащие силовой тиристор и узел принудительной коммутации, состоящий из обратного диода, вспомогательного тиристора, импульсного трансформатора и источника двухполярных импульсов.

Однако в процессе выключения силового тиристора к нему прикладывается малое обратное напряжение, равное прямому падению напряжения на диоде. В таком режиме время восстановления управляемости силового тиристора увеличивается в несколько раз, что приводит к малой надежности схемы, малому диапазону рабочих частот и к дополнительному ограничению отключаемой мощности.

Кроме того, известные схемы не позволяют запирать напряжения обратного знака.

Для увеличения надежности, повышения отключающей способности и расширения диапазона рабочих частот предложенный силовой полупроводниковый модуль снабжен смещающим трансформатором и вольтодобавочным дросоелем, через обмотку которого и .вторичную обмотку смещающего трансформатора узел принудительной коммутации подключен к силовому тиристору, а первичная обмотка смещающего трансформатора — к источнику однополярных импульсов.

Кроме того, для обеспечения возможности работы силового полупроводникового модуля в цепи переменного тока в одну из ветвей, соединяющих узел принудительной коммутации с цепью силовото тиристора, включен диод в направлении, соответствующем протеканию коммутируемого тока через вспомогательный тирис rop.

10 На фиг. 1 показана схема предлагаемого силового двухоперационного полупроводникового модуля; на фиг. 2 — кривые, поясняющие принцип работы схемы; на фиг. 3 —:вариант схемы для работы в цепях переменного то15 ка, Силовой двухоперационный полупроводниковый модуль, предназначенный для включения и отключения тока силовой цепи, имеет входные клеммы 1 и 2, которые включаются в

20 цепь коммутируемого тока. К клемме 1 подключены анод силового тиристора 3, катод обратного диода 4 и анод,вспомогательного тиристора 5. Катод силового тиристора 8 соединен с анодом обратного диода 4 через

25 вольтодобавочный дроссель 6, клемму 2 и вторичную обмотку смещающего трансформатора

7, а анод обратного диода 4 — с катодом вспомогательного тиристора 5 через вторичную обмотку импульсного трансформатора 8 и с его

30 электродом управления через сопротивление 9.

374583

11срви шая обмотка смешавшего трансформатора 7 подключена к источнику однополярных импульсов (через диод 10 соединена napaллельно с первичной обмоткой импульсного трансформатора 8 и подключена к источнику

11 двухполярных импульсов) .

Возможны и другие варианты взаимного соединения указанных на фиг. 1 элементов схемы.

На фиг. 2(a) показаны кривые тока 4д, коммутируемого модулем и запираемого напряжения U> на его входных клеммах. На фиг.

2(б) — кривые токов в коммутирующем контуре. За положительное направление .во всех цепях принято направление тока от клеммы 1 к клемме 2.

В определенный момент времени (благодаря подаче управляющего сигнала на электрод тиристора 3 он отпирается, и через него начинает протекать ток 4=i>ä. Вольтодобавочный дроссель б может выполняться, например, на сердечнике с прямоутольной петлей гистерезиса, который насыщается;в самом начале протекания прямого тока 1 и поэтому практически не оказывает на него влияния.

Для запирания тиристора 3 на первичные обмотки трансформаторов 7 и 8 от источника

11 подается импульс (момент времени t>) такого направления, чтобы на их вторичных оомотках появилось напряжение с полярностью, указанной на фиг. 1.

Под действием этих напряжений вспомогательный тиристор 5 отпирается током, проходящим через сопротивление 9, а обратный диод 4 удерживается в запертом состоянии.

Через вспомогательный тиристор 5 начинает проходить нарастающий ток 5, а ток з через

cèëîâîé тиристор 3 начинает убывать. Когда в момент времени 1з ток 5 станет равным току

i>,, ток i через силовой тиристор 8 спадет до нуля, а затем при дальнейшем нарастании тока

15 через силовой тиристор 8 потечет нарастающий обратный ток. При этом сердечник вольтодобавочного дросселя б перемагничивается и запасает электромагнитную энергию. В момент времени t4 обратный ток 1з силового тиристора 3 достигает максимального значения, после чего начинает убывать. Ток i5 продолжает нарастать, и с момента l4 начинает проходить ток i4 (через обратный диод 4). Вследствие уменьшения обратного тока i3 на вольтодобавочном дросселе б возникает э. д. с. самоиндукции, направленная таким образом, что добавляется к напряжению, создаваемому на вторичной обмотке смещающего трансформатора 7. Это результирующее обратное напряжение Uq бр обеспечивает достаточно быстрое спадение обратного тока и минимальное время восстановления управляющих свойств тиристора 8. В момент времени 15 импульс тока

i> через обратный диод 4 спадает до нуля, а ток 5 становится снова равным току с д. В этот же момент от источника 11 на первичную обмотку трансформатора 8 подается импульс обратной полярности, вызывающий на его вто5

65 ричпой обмотке появление импульса напряжения с полярностью, обратной той, которая указана на фиг. 1. На первичную обмотку трансформатора 7 импульс не подается благодаря наличию диода 10. Под действием этого импульса напряжения к моменту, времени t6 ток („ вспомогательного тиристора 5 уменьшится до нуля, а ток i > переключится на диод 4 и потечет через него в виде обратного тока i4.

Затем через вспомогательный тиристор 5 начнет протекать увеличивающийся обратный ток, замыкаясь через обратный диод 4 и добавляясь к обратному току, равному 4д, В момент времени 4 обратный ток i5 вспомогательного тиристора 5 достигает максимального значения, после чего достаточно быстро спадает до нуля (момент, времени tq) под действием обратного напряжения, создаваемого вторичной обмоткой импульсного трансформатора 8 и прикладываемого к его аноду и электроду управления. Тиристор 5 выбирается с малым временем выключения и на меньший то к, чем силовой тиристор 8, так как он проводит ток силовой цепи в течение относительно небольшого промежутка времени. До момента времени 4 обратный ток диода 4 остается равным току 4 2, после чего ток обрывается (момент времени tip), и модуль переходит в запертое состояние. Обратный диод 4 выбирается с временем восстановления большим, чем время востановления вспомогательного тиристора 5.

Ток i при протекании по первичной обмотке смещающего трансформатора 7 в промежутке времени t — t p перемагничивает его сердечник.

Процессы, происходящие в модуле, не оказывают .влияния на ток ii g, и его величина от момента включения модуля вплоть до момента 4 определяется сопротивлением цепи источника питания и натрузки. Так как время, равное длительности периода двухполярного импульса, получаемого от источника 11, постоянно и не зависит от изменения параметров цепи силового тока, оно легко может быть учтено путем подачи двухполярного импульса с постоянным опережением по отношению к требуемому моменту отключения модулем тока силовой цепи.

Предложенный модуль может использоваться и в цепях переменного тока, для чего в одну из ветвей, соединяющую обратный диод 4 с выходной клеммой 1 или 2, включается диод

12 в направлении протекания прямого сило:вого тока (см. фиг. 3). В этом случае достоинство по сравнению с известными схемами, когда запорный диод включается в силовую цепь, заключается в существенном уменьшении потерь, поскольку в предлагаемой схеме через диод протекает ток только в период коммутации.

На основе использования модуля, предназначенного для работы в цепях переменного тока, могут быть построены различные преобразователи с улучшенными энергетическими

374583 показателями, меньшими габаритами и весом и меньшей стоимостью, чем существующие, например регулируемые реверсивные и нереверсивные выпрямители; инверторы, передающие энергию в сеть переменного тока; преобразователи частоты с широким диапазоном регулирования частоты и напряжения на выходе; автономные .инверторы без звена постоянного тока; статические коипенсаторы реактивной мощности; регуляторы напряжения переменного тока и др.

Предлагаемый полупроводни ковый модуль, как видно из принципа его работы, позволяет обеспечить полное управление протеканием электрического тока в цепях постоянного и переменного напряжения при нагрузке любого характера (индуктивной, индуктивно-емкостной, индуктивно-активной, шунтированной емкостью, активной с противо-э. д. с. и т. д.) и при изменении параметров нагрузки в широком диапазоне. Процессы, протекающие в схеме модуля, не оказывают нежелательных воздействий на процессы в нагрузке. В качестве коммутирующего элемента может применяться обычный силовой тиристор, обладающий большей нагрузочной способностью, чем применяемые в известных устройствах тиристоры с малым,временем восстановления.

В модуле вместо одного силового тиристора может быть включена группа последовательно и параллельно соединенных тиристоров.

Кроме того, возможно последовательное, параллельное и встречно-параллельное соединение модулей. Ограничение обратного тока и сравнительно небольшое обратное напряжение, прикладываемое к силовому тиристору, позволяет свести к минимуму коммутационные потери при выключении. Мощность и габариты основных элементов узла принудительной коммутации тока меньше, чем при других известных схемах.

Предмет изобретения

N 1. Силовой двухоперационный полупроводниковый модуль для включения и отключения тока силовой цепи, например регуляторов напряжения, содержащий силовой тиристор и узел принудительной коммутации, состоящий

15 из обратного диода, вспомогательного тиристора, импульсного трансформатора и источника двухполярных импульсов, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности, повышения отключающей способности и расши20 рения диапазона рабочих частот, он снабжен смещающим трансформатором и вольтодобавочным дросселем, через обмотку которого и вторичную обмотку смещающего трансформатора, узел принудительной коммутации под25 ключен к силовому тиристору, а первичная обмотка смещающего трансформатора через диод — к источнику двухполярных импульсов.

2. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности его работы

30 в цепи переменного тока, в одну из ветвей, соединяющих узел принудительной коммутации с цепью силового тиристора, включен диод в направлении, соответствующем протеканию коммутируемого тока через вспомогатель35 ный тиристор.

374583

Составитель В. Круглова

Редактор T. Загребельная Техред Т. Ускова Корректор В. Федулова

Заказ 1929/10 Изд. № 379 Тираж 780 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров CCCP

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2