Устройство емкостной коммутации с независимым зарядом конденсатора

 

Союз Советсинд

Соцнвлнстнческнк

Реслублнк

<ц736287 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 270374 (21) 2008969/24-07 (51) М. Кл. с присоединением заявки HP (23) Приоритет

Н 02 М 1/08

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий

Опубликовано 250580 Бюглетеиь )ч9 19

Дата Опубликования описания 280580 (5Ç) УДК б 21. 314. .57 (088, 8) (72) Авторы изобретения

В, Г, Каган, Л. И, Малинин, С,Л, Рояк и А, П. Усачев е .Г

ji

1

Новосибирский электротехнический институт

1 (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ЕМКОСТНОЙ КОММУТА11ИИ C НЕЗАВИСИМЫМ

ЗАРЯДОМ КОНДЕНСАТОРА

И зобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано B схемах инверторов, широтно-импульсных преобразователей, схемах бесконтактногo управления нагрузкой постоянного тока, т.е. там, где выключение тиристоров происходит с помощью коммутирующего конден сатора, Известно устройство емкостного выключения тиристора>содержащее зарядную цепь тири стор-дроссель-конденсатор и разрядную цепь с коммутирующим тиристором, подключаемую к силовой части тиристорного преобразователя (1) .

Основным недостатком известного у строй ст в а я вл я ет ся н из ки и коз фф ициент полезного действия и низкая надежность, вследствии больших токовых нагрузок злементов„

Это обусловлено тем, что напряжение на коммутирующем конденсаторе, величиной которого в основном определяется уровень тока в элементах схемы и, соответственно, ее КПД,как правило, значительно превышает вели чину напряжения, необходимую для гашения тока нагрузки. Причем эта избыточность напряжения на конденсаторе возрастает с ростом коэффициента перегрузки (1н тки)1„„о,„ ) силовой части, (например в быстродействующих злектроприводах), так как напряжение на конденсаторе рассчитывается из условия гашения максимального тока нагрузки, и, кроме того, с ростом тока нагрузки в данном устройстве происходит увеличение напряжения на конденсаторе вследствие эффекта подкачки, обусповленного поступлением энергии, запасенной в коылутирующем дросселе от протекания по нему тока нагрузки, 15 Наиболее близким к предлагаемому является устройство, в которое дополнительно введены переэарадная цепь дроссель-тиристор, шунтирующая конденсатор, причем катод этого

2() тиристора подключен к аноду коммутирующего тиристора и ограничительная цепь, шунтирующая источник питания, диод-вторичная обмотка. трансформатора, первичная обмотка которого включена последовательно с заряд-. ной цепью)"1В данном, устройстве рост напряжения на конденсаторе вследст-. вие эффекта подкачки ограничен, однако определенная избыточность

ЗС напряжения на конденсаторе также

736287 необходима для гашения максимального тока нагрузки. Следствием этого является низкий КПД схемы и избыточная токовая нагрузка элементов.

Пель изобретения - повышение

КПД устройства и снижение токовых нагрузок элементов.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство емкостей коммутации а независимым зарядом конденсатора, содержащее подключенную к. источнику питания зарядную цепь, состоящую иэ последовательно соединенных уиристора, дросселя и конденсатора, коммутирующую цепь с тиристором, подключенным анодом к конденсатору, а катодом к силовой насти тиристорного преобразователя, переэарядную цепь, состоящую из дросселя и тиристора и шунтирующую конденсатор, причем катод этого тиристора подключен к аноду коммутирующего тиристора, введены датчик тока нагрузки,функциональный преобразователь сигнала датчика тока, датчик напряжения конденсатора, узел сравнения и схема соВ падения, при этом выход датчика то" ка нагрузки соединен со входом функционального преобразователя, выход которого и выход датчика напряжения соединены со входами узла сравнения, а выход узла сравнения подключен ко входу схемы совпадения, включенной в цепь управления тиристором эаряцной цепи; кроме того тиристор с последовательно соединенным источником питания в зарядной цепи шунтироВан обратным тиристором с последовательно включенным источником обратной полярности, в цепь управления которого и в цепь управления тиристором зарядной цепи введены две дополнительные схемы совпадения,, входы которых подключены к выходам введенного триггера с раздельным запуском, а входы этого триггера подключены к цепям управления коммутирующего и переэарядного тиристоров а дроссель перезарядной цепи выполнен с двумя обмотками, причем вторичная обмотка подключена к силовой части тиристорного преобразователя.

11а фиг. 1 и 2 изображены функциональные схемы устройства; на фиг. 3 - диаграмма. напряжения на коммутирующем конденсаторе при гашении некоторого тока нагрузки.

Предлагаемое устройство (фиг„1) состоит из источника 1 питания зарядного тиристора 2, анод которого подключен к полюсу источника 1 питания, а катод к одному выводу зарядного дросселя 3, другой вывод которого подключен к одной иэ обкладок коммутирующего конденсатора 4, другая обкладка которого присоединена к нулевому зажиму источника 1 питания. Коммутирующий конденсатор 4 шунтирован цепью из последовательно соединенных вспомогательного дросселя 5 и вспомогательного тиристора 6, причем свободный вывод дросселя 5 подключен к нулевой шнне источника 1 питания, а катод тиристо» ра 6 подключен к обкладке конденсатора 4. К той же обкладке конденсатора подключен анод коммутирующего тиристора 7, катод которого подключен к силовой части тиристорногo преобразователя 8, к которой подключен и нулевой зажим источника 1 питания. При этом в цепь управления тиристором 2 включена схема 9 совпадения, вход которой подключен к выходу узла 10 сравнения. Узел сравнения имеет два входа, к одному из которых подключен выход датчика 11 напряжения, а к другому через функциональный преобразователь 12 — выход датчика 13 тока нагрузки.

В другом варианте Устройства (фиг, 2) зарядный тиристор 2 с источником 1 питания шунтирован дополнительным тиристором 14 с последовательно соединенным источником 15 питания. Анод дополнительного тирис-,. тора 14 подсоединен к катоду зарядного тиристора 2. Управляющие электроды тиристора 2 и 14 подключены к выходам схем 16 и 17 совпадения соответственно. Одни входы схем 16 и ,17 совпадения соединены с выходами триггера 18, а другие входы соединены с выходом схемы 9 совпадения.

Входы триггера 18 подключены к цепям 6 и 7 управления тиристорами.

Кроме этого, вспомогательный дроссель 5 имеет дополнительную вторичную обмотку 19, подсоединенную к силовой части тиристорного преобразователя 8, Устройство работает следующим образом.

Предположим, что величина напряжения на коммутирующем конденсаторе 4 и величина тока нагрузки такие, что сигнал с выхода датчик" 11 напряжения больше по абсолютной вели:чине сигнала с выхода функционального преобразователя 12, пропорционального напряжению на конденсаторе и необходимого для гашения данного тока нагрузки, т,е. действительное напряжение на конденсаторе больше необходимого. При этом, сигнал на выходе узла 10 сравнения отсутствует и управляющие импульсы на зарядный тиристор 2 через схему совпадения 9 не поступает. Пусть полярность напряжения на конденсаторе .соответствует указанной на рисунке без скобок. 1 огда при подаче управляющего импульса на тиристор 7 происходит гашение соответствующего тиристора силовой части 8

736287

40 и переэаряд конденсатора (либо под действием тока нагрузки при параллельной коммутации, либо вследствие колебательного процесса при последовательной коммутации) . Затем включается тиристор 6, конденсатор перезаряжается и полярность напряжения на нем становится исходной. Устройство готово к очередному гашению силового тиристора. Далее опя ь включается тиристор 7 и все повторяется, Устройство при этом работает без потребления энергии от источника питания. Продолжительность работы устройства в таком режиме определяется соотношением энергии потерь в коммутирующей и перезарядной цепях Аг, и энергии, поступающей в конденсатор из силовой части тиристорного преобразователя (при последовательной коммутации — вследствие эффекта подкачки при параллельной — от протекания по конденсатору тока нагрузки), При

Фп «< Ф напряжение на конденсаторе не уменьшается. Следовательно, при не увеличивающемся токе нагрузки, (т.е. при не увеличивающемся сигнале с выхода функционального преобразователя 12) устройство работает без потребления энергии от источника питания сколь угодно долго, При Ф/ц)9/,напряжение на конденсаторе уменьшается и при достижении им уровня сигнала функционального преобразователя на выходе узла сравнения появляется сигнал и управляющие импульсы поступают на зарядный тиристор ?, При этом конденсатор перезаряжается через источник питания и напряжение на нем увеличивается, Сигнал с выхода узла сравнения становится равным нулю и управляющие импульсы на зарядный тиристор 2 не поступают. Схема опять может работать без потребления энергии от источника питания. Далее все повторяется.

В предлагаемом устройстве снимается избыточность напряжения на конденсаторе, следствием чего является уменьшение потерь в схеме, уменьшение потребляемой энергии и уменьшение токовых нагрузок элементов.

Необходимо отметить, что в предлагаемом устройстве имеется недос- таток, Предположим, что при очередном сравнении сигналов с датчика 11 напряжения и функциональногo преобразсвателя 12 оказалось, что нужно включить зарядный тиристор 2. На него подается управляющий импульс с выхода схемы 9 совпадения, Но тиристор 2 включается только в том случае, если полярность напряжения на коммутирующем конденсаторе 4 такая, что на катоде тиристора 2 минус, Если это не так, то тиристор

2 не включается. При этом очередное срабатывание тиристора 7 приводит к срыву коммутации, что недопустимо, Для устранения этого необходимо поддержание некоторого избыточного напряжения на коммутирующем конденсаторе, что создает дополнительные потери и дополнительную токовую .загрузку элементов.

Свободным от этого недостатка является устройство, выполненное по схеме фиг. 2, Здесь импульс управления зарядными тиристорами 2 и 14 подается через .дополнительные схемы 16 и 17 совпадения, На другие входы этих схем подается сигнал с выходов триггера 18 с раздельным запуском. На один вход этого триггера подается импульс управления тиристором 7, а,на другой вход триггера импульс управления тиристором 6. Таким образом получается, что если приходит импульс на вспомогательный тиристор 6 и коммутирующий конденсатор перезаряжается и имеет полярность, указанную на фиг. 2 без скобок, то в случае необходимости включения зарядной цепи импульс управления подается на тиристор 14 через схему 17 .совпадения и конденсатор перезаряжается до нужного напряжения от источника 15.

Если же до того, когда необходимо включить конденсатор 4 на подзаряд, импульс управления подавался на тиристор 7 и конденсатор 4, следовательно, имел полярность, показанную на фиг, 2 в скобках, то импульс управления зарядного тиристора подается на тиристор 2 через схему 16 совпадения. Конденсатор

4 таким образом опять перезаряжается до нужного напряжения, только теперь от источника 1. В результате нет необходимости иметь на конденсаторе избыточное напряжение, что приводит к повышению КПД и снижению токовых нагрузок элементов °

В описанных устройствах работа перезарядной цепи (дроссель 5, тиристор 6) является холостой — при ее срабатывании не осуществляется гашения тиристоров силовой части.

Ее работа в каждом такте приво" цит к дополнительным потерям и дополнительной токовой загрузке соответствующих элементов. Этот недостаток может быть устранен, если дроссель 5 выполнить с двумя обмотками, причем вторую обмотку 19 (фиг. 2) подсоединить к силовой части тиристорного преобразователя.

Тогда перезарядная цепь становится коммутирующей. Это позволяет в два раза снизить частоту работы элемен-тов 4, 7, 6 и 5, что также повышает КПД и уменьшает их токовые нагрузки.

736287

Формула изобретения

1, Устройство емкостной коммутации с независимым зарядом конденса-тора, содержащее подключенную к источнику питания зарядную цепь, состоящую из последовательно соединенных тиристора, дросселя и конденсатора, коммутирующую цепь с тиристором, подключенным анодом к конден— сатору, а катодом - к силовой части тиристорного преобразователя, перезарядную цепь, состоящую из дросселя и тиристора, и шунтирующую кон— денсатор, причем катод этого тиристора подключен к аноду коммутирующего тиристора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения

КПД и снижения токовых нагрузок элементов, н него введены датчик тока нагрузки, функциональный преобразователь сигнала датчика тока, датчик напряжения конденсатора, узел сравнения и схема совпадения, при этом выход датчика тока нагрузки соединен со входом функционального преобразователя, ныход которого и выход датчика напряжения соединены со нходами узла сравнения, а выход узла сравнения подключен ко входу схемы совпадения, включенной н цепь управления тиристором зарядной venu, 2, Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что тиристор с последовательно rоединенным источником питания н зарядной цепи о блатным последовательно включенным источником обратной полярности „н цеп,= управления которо-о и и Ue "ir, упран— ленин тиристором зарядной цепи введены дне дополнительнье схемы совпадения, входы которых подключены к выходам ннеденного триггера с раз— дельным запуском, а вход= этого триггера подключены к цепям управления коммутирующего и перезарядног !ppi c";"opo B, 3. Ус:ройстно по и. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем „что дроссель перезарядной цепи выполнен с двумя обмоч камн, причем вторичная обмorка подключена к силовой части тиоисторного преобразователя, Источники информации, и!ринятые но внимание при экспертизе

1„ Глаэенко T,н, Полупроводниковые преобразсватели з злектропринодах постоянного тока. Л,, Знерг!!Я!, 1973, с 169 D IC 4 — 1.

2 „. Испытания экспериментального образца преобразонателя частоты с непосредственной связью и принудит е л ь и О Й K омму т а ци Й „!. е х H и ч е с к H u отсчет * СЛА. 1 26 „92 = ., 2 .i-; ii! злектропринод, 1971, с, .:4, ри .. 1".,