Устройство для нагрузочных испытаний полупроводниковых вентилей

 

ОП ИСАН ИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕИЛЬС1ВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 597998 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24.11.75 (21} 2193052/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.03.78 БюллетЕнь Мо 10 (4Б) Дата опубликования описания 27.02.78 (51) М, Кл. а 01 Я 31/26

Государственный квинтет

Совета Мнннстров СССР оо делам нэооретеннй

И OTKPblTNN (53) УДК б21 382 2 (088.8) (72) Авторы изобретения

М. И. Абрамович, В. Е. Либер и А. А, Сакович (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРУЗОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ВЕНТИЛЕЙ

Изобретение относится к области полупровод-1 пиковой преобразовательной техники и может быть применено для нагрузочных испытаний вентильных приборов.

Известны устройства 111 для нагрузочных испытаний вентильных приборов, содержмцие схемы с естественным электроэнергетическим режимом и схемы с искусственным электроэнергетическим режимом.

Основным недостатком указанных устройств является то, что при необходимости испытания одновременно большого числа вентилей, топология схем и параметры их элементов получаются практически неприемлемыми; не обеспечивается воэмож- 15 ность одновременного испытания вентилей в различных независимых режимах; не обеспечивается возможность воспроизведения режимов работы вентилей в преобразователях, таких как широтно-импульсные модуляторы, сбрасывающие мосты инверторов 20 напряжения, регуляторы переменного напряжения и т.п.

Кроме того, эти устройства имеют относительно большую установленную мощность оборудования и значительные потери мошности. У.в

Известно устройство 12) для нагрузочных испытаний полупроводниковых вентилей, содержащее источник питания и схемные ячейки, каждая иэ которых включает в себя источник испытательного напряжения, например трансформатор, вторичная обмотка которого НМосТ вывод средней точки, и две параллельных ветви из последовательно соединенных первого вентиля, накопительной индуктивности и второго вентиля, начала ветвей подключены к средней точке источника питания, общие точки первых вентилей с накопительных индуктивностей соединены через емкость и ограничитетьную индуктивность,.а концы ветвей подключены к фазным выводам источника питания, При этом величина накопительной индуктивности выбирается из условия приложения к испьпываемым вентилям обратного напряжения в течение времени, необходимсго для восстановления их управляющих свойств, а величина ограничительной индук. тивности — из условия обеспечения заданного значения скорости нарастания тока при включении вентилей.

Известное устройство используется при нагру зочных испытаниях вентилей с высокими динамическими параметрами и малым временем вьпапоче597998 ния. При этом устройство не имеет отмеченных недостатков, присущих другим известным устройствам для нагрузочных испытаний вентилей, Однако при необходимости проведения нагрузочных испытаний силовьгх тиристоров резко увеличиваются масса и габариты устройства и значительно возрастает циркулирующая в схеме мощность, что приводит к ухудшению энергетических показателей.

Цель изобретения — уменьшение массы и габаритов устройства при испытании вентилей с време- щ нем запирания 50 мкс и более и повышение энергетических показателей.

Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве начала, ветвей каждой схемной ячейки подключены к средней точке источника питания через общую индуктивность, что позволяет при обеспечении условий, необходимых для проведения нагрузочных испытаний силовых вентилей, значительно уменьшить общую установленную мощность индуктивностей (реакторов) и источника питания, исключить накопдение избыточной энергии s реактивных элементах схемы, уменьшить емкость конденсаторов в источнике испытательного напряжения.

На фиг. 1 представлена схема описываемого устройства для нагрузочных испытаний полупроводниковых вентилей с одной схемной ячейкой, на фиг. 2— эпюры напряжений и токов на элементах устройства.

Устройство содержит отдельные схемные ячейки 1 (фиг. 1). Каждая ячейка имеет одинаковые вет-! ви 2 и 3 для пропускания рабочего тока, состоящие иэ последовательно включенных испытываемых вентилей 4 и 5 (б и 7) и накопительной итщуктивности

8 (9). Концы указанных ветвей соединены с фазами

10 и 11 питающего трансформатора 12, а их начала соединены со средней точкой 13 его вторичной обмотки через общую индуктивность 14, К вентилям 4 и 6 в точках 15, 16 и 17 подключен источник 18 испытательного напряжения, содержащий цепь иэ последовательно включенных конденсатора 19 и ограничительной ин4О дуктивности 20, подключенную к точкам 15 и 16 и обеспечивающую приложение к испьпываемым вентилям прямого и обратного испытательного напряжения, а также конденсатор 21, подключенный с одной стороны через индуктивность 22 к точке 17, а с

45 другой стороны через встречно-параллельно включенные пары вентилей 23, 24 и 25, 26 к точкам 15 и 16.

Такое подключение конденсатора 21 обеспечивает возможность приложения к вентилям 4 и 6 импульсов прямого напряжения с заданной длительностью и скоростью нарастания.

Описываемое устройство работает следующим образом.

Пусть на интервале t<" tz (фиг. 2а) потенциал фазы 10 положительный, а фазы 11 — отрицательный.

Вентили 4 и 5 открыты и по ветви 2 и нндуктивнос55 ти 14 протекает ток i4 (фиг. 2б, е) за.счет электромагнитной энергии, накопленной в индуктнвностях

8 и 14 в предшествующий полупериод питающего напряжения, Конденсатор 19 заряжен "плюс" слева, а

1\ 1 60 минус справа, и его напряжение, равное заданной величине Ог,пр (фиг. 2д),приложено в прямом направлении к закрытому вентилю 6. Вентили 7, 23 и

25 также закрыты, конденсатор 21 заряжен "плюс" сверху, "минус" снизу до напряжения, близкого к

U б пр.макс.

В момент t2 управляющим импульсом отпирается вентиль 6. На интервале t2 — ts под действием конденсатора 19 ток переводится с вентиля 4 на вентиль 6 (фиг. 2б и. г), и вентиль 4 запирается, на интервале t3 — t> происходит колебательный процесс перезаряда кбнденсатора 19 по контуру, включающему индуктивности 8, 14 и 20, вентили 5 и 6 и фазу 10 вторичной обмотки трансформатора 12, На интервале тэ — t4 напряжение Uao6 от конден. сатора 19 прикладывается в обратном направлении к вентилю 4 (фиг, 2 в), что обеспечивает восстановление его управляющих свойств.

В момент t„ток перезаряда конденсатора 19 достигнет максимального значения (фиг. 2г, е), а напряжение, прикладываемое к вентилю 4, становится равным нулю. При этом сигналом управления открывается вентиль 23 и к вентилю 4 прикладывается в прямом направлении напряжение от конденсатора 21, возрастающее на электродах вентиля 4 с заданной скоростью dU/dt (фиг. 2в), обеспечиваемой благодаря наличию индуктивности 22.

На интервале ta — ts конденсатор 21 разряжается и в момент ts когда его убывающее напряжение становится равным возрастающему напряжению конденсатора 19 (фиг. 2в), вентиль 23 закрывается.

На интервале t,-ts напряжение от конденсатора 19 прикладывается в прямом направлении к вентилю 4 (фиг. 2в).

В момент tq, когда электромагнитная энергия, запасенная в индуктивности 14 на интервале tz — т4, будет возвращена конденсатору 19 (фиг. 2е) и напряжение на нем достигнет заданной величины, импульсом управления отпирается вентиль 7, и ток индуктивности 14 начинает протекать по ветви 3, минуя конденсатор 19.

На интервале t6 — t через индуктивности 8 и 20 протекает ток, убывающий до нуля и напряжение на конденсаторе 19 продолжает возрастать.

В момент t7 ток в индуктивностях 8 и 20 об-, рывается и к вентилю 4 прикладывается напряжение конденсатора 19, равное 04пр (фиг. 2в).

На инвервале ts — tq от напряжения конденсатора 19 через вентиль 24 происходит подэаряд емкости

21 До значений, близких к 04пр.макс с полЯРностью

"плюс" сверху, а "минус" снизу.

На интервале t 7 — t9 по ветви 3 и индуктивности

14 протекает ток, (фиг. 2б, е). Конденсатор 19 заряжен "плюс" слева, а "минус" справа.

Интервал t2-t9 равен длительности полупериода работы устройства.

В момент ts напряжение на шинах 10 и 11 трансформатора 12 меняет полярность (фиг. 2а), и ток в ветви 3 поддерживается за счет электромагнитной энергии, накопленной в нндуктивностях 9, 14 на интервале тб-ts.

597998

Вследствие наличия общей индуктивностн 14, величина которой может на порядок и больше превышать величины индукгнвности накопительной и ограничительной, ток через испытываемые вентили имеет форму, близкую к трапецеидальной (фиг. 2 г}.

В момент та управляющим импульсом отпирается вентиль 4, и описаншлй процесс повторяется с

p îé разницей, по теперь нагруэочный ток с формой, показанной на фиг 26, будет протекать по вентилю

4, а напряжете с формой, показанной на фиг. 2в, бу-, дет приложено к закрытому вентилю 6. Указанный процесс будет происходить до тех пор пока после новой смены полярности на шинах 10, 11 трансформатора 12 вновь не будет открыт вен иль 6.

Интервал от t> до момента повторного отпирания вентиля 6 равен периоду работы устройства.

За счет изменения углов отпирания вентилей 4, 6 по отношению к питающему напряжению обеспечивается регулирование нагрузочного тока вентилей B требуемом диапазоне. 3а счет H3MGHQHHH Моментов отпирания вентилей 5 и 7 относительно моментов отпирания вентилей 4 и 6 обеспечивается регулирование величин прямого и обратного напряжений на вентилях.

Поскольку в описываемой схеме имеется возможность выбрать накопительные инлуктивностн из условия, чтобы электромагнитная энергия, накапливающаяся в каждом из них эа один цикл работы, уавнялась бы потерям энергии при перезаряде конденсатора источника испытательного напряжения, отсутствует накопление избыточной мощности в реактивных элементах и не требуйся узел сброса ее в питающую сеть для поддержания заданной величины испытательного напряжения, что позволяет снизить мощность питавшего трансФ пматора.

Формула изобретения

Устройство для нагрузочных испытаний полупроводниковых вентилей, содержащее источник питания и схемные ячейки, каждая нз которых включает в себя источник испытательного напряжения, например трансформатор, вторичная обмотка которого имеет вывод средней точки, н две, параллельные ветви иэ последовательно соединенных первого вентиля, накопительной индуктнвности и второго вентиля, начала ветвей подключены к средней точке источника питания, общие точки первых вентилей и накопительных инцуктнвностей соединены через емкость н ограничительную индуктивность, а концы ветвей подключены к фаэным выводам источника питания, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов устройства при испьпанин вентилей с временем эапнрания 50 мкс и более, повышения энергетических показателей, начала ветвей каждой схем. ной ячейки подключены к средней точке источника питания через общую индуктивность.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент КССР Р 125321, кл. 21 d 12/03,0967, 2. Авторское свидетельство СССР И 436302, кл. G 01 R 31/26,i1972.

597998

Фиа 2

Составитель В. Немцев

Техред Э.Чужик ящццстор Н. Зайцева

Коррентор М . Демчик

Заказ ) 211/36

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород. ул, Проектная, 4

Тираж 1112 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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