Тиристорный преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

Союз Советских

Соцматтистмческнх

Республик

О П И С А H И Е «»855894

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) 3aявлено 11.11.79 (21) 2838086/24-07 (53)M, Кл. с присоединением заявки М—

Н 02 М 3/135

Государственный комитет (23) Приоритет

II0 делам изобретений н открытий

ОпУбликовано 15.08.81. Бюллетень 1НЬ 30

Дата опубликованмя описания 15.08.81 (53 ) УД К 621З16, .722 (088.8) (72) Авторы изобретения

Э. Н. Гречко и О. И. Фирсов

Институт электродинамики АН Украинской CCP (71) Заявитель

<54) ТИРИГТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям напряжения, обсспечивающим питание нагрузки постоянным током.

Известны тиристорные прсобразователи посто5 янного напряжения в постоянное, которые классифицируют как преобразователи с последовательной коммутацией и независимым контуром переэаряда коммутирующего конденсатора (1), (2), (3) и (4).

tO

Однако данные преобразователи обладают жс ткой внешней характеристикой эа счет гальванической развязки коммутирующих и рабочих электромагнитных процессов. При возникающих перегрузках по цепи питания илн случайт3 ных включениях тиристоров из-за внешних помех по цепям управления, защита данных преобразователей постоянного напряжения от. аварийных токов осуществляется в общем случае с помощью быстродействующих плавких предохранителей (2), что в дальнейшем связано с прекращением энергоснабжения потребителя и соответственно остановкой осуществляемого технологического процесса.

Известны устройства защиты, например инвертора, в состав которых не входит гасящий тиристор, а только узел принудительной коммутации повышенной мощности, с полтогцью которого осуществляется принудительное восстановление управляющих свойств силовых тнристоров ннвертора, его можно использовать как защиту от аварийных токов, протекаемых по цепям силового тиристорного преобразователя (3)

Недостатком данных устройств защиты являются их ограниченные функциональные воэможности в связи с тем, что они не зашншают преобразователь по коммутационным цепям.

Наиболее близким к предлагаемому является тнристорный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий включенный последовательно в цепь источника питания и нагрузки тиристорный ключ, шунтируюгций нагрузку диод и устройство коммутации, выполнен-, ное в виде импульсного источника запираю|пего напряжения, включенного параллельно входным выводам, содержащего конденсатор и зарядную цепь, прн этом общая точка конденсатора и зарядной цепи через встречно-параллсль5894

55

3 85 но включенные коммутирующий тиристор и перезарядный диод, соединенный последовательно с вспомогательным дросселем, подключена к отпайке обмотки коммутирующего дросселя (4) .

Недостатком данного преобразователя являетея ограниченная надежность при наличии срывов преобразования или из-за помех по цепям управления, что приводит к прекращению энергоснабжения потребителя.

Цель изобретения — повышение надежности работы устройства.

Указанная цель достигается тем, что в тиристорный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий включенный последовательно в цепь источника питания и на) рузки тиристорный ключ, шунгирующий нагрузку, АпоП и устройство коммутации, выполненное в виде импульсного источника запирающего напряжения, включенного па1галлельно входным выводам, содержащего конденсатор и зарядную цепь, при этом общая точка конденсатора и зарядной цепи через встречно-параллельно включенный коммутирующий тиристор и перезарялный диод, соединенный последовательно с вспомогательным цросселем, подключена к отлайкс обмотки коммутирующего дросселя, параллельно входным клеммам включен второй дополнительный импульсный источник запирающего напряжения„общая точка конденсатора и зарядный цепи. которого через дополнительные встречно-параллельно включенные коммутирующий тиристор и перезарядный диод подсоединепа к отпайке обмотки коммутирующего дросселя.

Кроме того, с целью упрощения устройства, зарядная цепь второго импульсного источника запирающего напряжения выполнена в виде последовательно включенных развязывающих диода и ограничительного резистора.

На фиг. 1 представлен предлагаемый преобразователь; на фиг. 2 — преобразователь с коммутирующим дросселем, включенным в рассечку между положительным выводом источника питания и анодом тиристорного ключа.

Преобразователь содержит тиристорный ключ

1, включенный последовательно с диодом 2 между выводами источника питания, между выходными выводамичерез диод 3 подключен коммутирующий дроссель 4, первый импульсный источник 5 запирающего напряжения, состоящий из коммутирующего конденсатора и зарядной цепи из вспомогательного дросселя и развязывающего диода, коммутирующий тиристор б, шунтированный цепочкой из последовательно включенных перезарядного диода 7 и вспомогательного дросселя 8 и второй импульсный источник 9 запирающего напряжения, состоящий из коммутирующего конденсатора и зарядной цепи из ограничительного резистора 10 и разi0

20 зп

50 вязывающего диода 11, соединенный через встречно-параллельно включенные коммутирующий тиристор 12 и перезарядный диод 13, подключенный к отпайке обмотки коммутирующего дросселя.

Преобразователь работает следующим образом.

При нормальной работе преобразователя периодически открывается чиристорный ключ 1, при этом напряжение источника питания прикладывается к нагрузке. Принудительное запираwe тиристорного ключа 1 осуществляется за счет разряда коммутирующего конденсатора импульсного источника 5 запирающего напряжения через коммутирующий тиристор 6 на обмотку Wq коммутирующего дросселя. Непосредственно на дросселе 4 за счет магнитной связи обмоток Ф/1 и Wg наводится напряжение, превышающее напряжение источника питания. которое через диод 3 и источник питания прикладывается к тиристору 1. В дальнейшем коммутирующий конденсатор через персзарядный вентиль 7 персзаряжается до исходной полярности напряжения, указанной на фиг. 1, а также через зарядную цепь импульсного источника 5 запирающего напряжения, дозаряжается ло величины напряжения источника питания. Параметры коммутирующих элементов выбираются исходя из принудительной коммутации номинальных рабочих токов преобразователя и обеспечения необходимого времени восстановления для силового тиристора и высоких энергетических характеристик преобразователя. Второй импульсный источник 9 запирающего напряжения при этом бездействует, в то же время его коммутирующий конденсатор заряжен до напряжения источника питания и готов к действию. Параметры коммутирующего конденсатора выбираются исходя из принудительной коммутации аварийных токов преобразователя.. Например, в случае значительных перегрузок аварийные токи появляются в цепи тиристорного ключа 1. При этом принудительное эапирание тиристорного ключа 1 осуществляется аналогично описанному, только с помощью второго импульсного источника запирающего напряжения при подаче открывающего импульса на второй коммутирующий тиристор 12.

В дальнейшем коммутирующий конденсатор импульсного источника залирающего напряжения 9 через перезарядный диод 13 перезаряжается до исходной полярности напряжения, показанной на фиг. 1, и дозаряжается через зарядную цепь

10 и 11 до величины напряжения источника питания. Таким образом, преобразователь снова готов к повторному включению, и более того, готовы к действию как первый, так и второй импульсные источники запирающего напряжения.

5 855894

Кроме того, аварийные токи могут появляться по цепи коммутирующего тиристора 6 от источника питания через зарядную цепь импульсного источника 5 запирающего напряжения и обмотку М/, коммутирующего тиристора 6. Это связано с помехами по цепи управления коммутирующего тиристора 6 и приводит к отсутствию напряжения на коммутирующем конденсаторе и соответственно к срыву или повышенному энергоснабжению потребителя. 1о

В этом случае при включении коммутирующего тиристора 12 наряду с разрядом коммутирующего конденсатора на обмотку W коммутирующего дросселя 4, что приводит к восстановлению упраВляюших сВОйстВ тиристорного клю- 15 ча 1, осуществляется колебательный разряд коммутирующего конденсатора импульсного источника запирающего напряжения 9 через вспомогательный дроссель 8 и переэарядный диод 7 на коммутирующий конденсатор импульсного 2О источника запирающего напряжения 5, что приводит также к восстановлению управляющих свойств коммутирующего тиристора 6.

Таким образом, с помощью второго импульсного источника запирающего напряжения осу- 25 ществляется защита преобразователя от потери устойчивости как по цепи силового тиристора, так и по коммутационным цепям. Такое быстродействующее отключение преобразователя при перегрузках и срывах позволяет использовать режим повторного включения, составляющий время около 10 m с, и тем самым обеспечивает непрерывность энергоснабжения потребителя, который в свою очередь обеспечивает непрерывность протекания технологичес кого процесса. Причем время отключения, например, преобразователя на 10 m с от двигателя постоянного тока в связи с его инерционностью практически остается незаметным.

При выполнении преобразователя с коммутирующим дросселем 4, включенным согласно фиг. 2 в рассечку между положительной шиной источника питания и анодом тиристорного ключа 1, состав преобразователя не меняется. С целью45 исключения ступенчатого нарастания токов через коммутирующие тиристоры до величины протекаемых рабочих или аварийных токов через коммутирующий дроссель катоды обоих коммутирующих тиристоров подключены к отпайке обмотки вспомогательного дросселя 8.

Также коммутирующие конденсаторы обоих импульсных источников запирающего напряжения переориентированы таким образом, что подключены первыми обкладками к положительному выводу источника питания и тем самым объединены с одним из крайних выводов коммутирующего дросселя. Принцип работы схемы аналогичный описанному.

Зарядные цепи первого импульсного источника запирающего напряжения приведены в виде вспомогательного дросселя и отсекающего вентиля. При этом обычно осуществляется колебательный дозаряд коммутирующего конден. сатора. В случае использования в качестве отсекающего вентиля диода, индуктивность дросселя зарядной цепи должна быть на порядок и более выше индуктивности коммутирующего дросселя 4, что ограничивает область применения преобразователя в диапазоне низких и средних частот модуляции. При работе на высоких несущих частотах преобразования .500 — 1000 Гц следует использовать в качестве отсекающего вентиля тиристор, поэтому индуктивность вспомогательного дросселя можно выбирать того же порядка, по и индуктивность коммутирующего дросселя.

Так как использование второго импульсного источника запирающего напряжения носит разовый, эпизодический характер, а в случае повторного срабатывания с паузой порядка 10 m c его зарядную цепь можно упростить, используя, как показано на фиг. 1 и фиг. 2, отсекающий диод 11 и ограничительный резистор 10. Это связано с тем, что второй импульсный источник запирающего напряжения используется как устройство быстродействующей защиты, которое при обычной работе преобразователя совершенно не влияет на его энергетические и другие характеристики.

Предлагаемый тиристорный преобразователь защищен от потери устойчивости как по цепям силового тиристора, так и по коммутационным цепям. Использование быстродействующей тиристорной защиты позволяет использовать при его эксплуатации режим повторного включения, который обеспечивает высокую надежность энергоснабжения потребителя и непрерывность его технологического процесса. Рассмотренные возможности преобразователя по защите от срывов и потери устойчивости достигаются без введения отдельного силового блока защиты преобразователя, что связано с повышенным числом элементов силовой цепи, его массогабаритами и установленными мощностями. Зашита преобразователя достигается с использованием целого ряда коммутирующих элементов, непосредственно имеющихся в преобразователе.

Дополнительно вводится только второй импульсный источник запирающего напряжения с упрощенной зарядной цепью, а также коммутирующий тиристор и переэарядный вентиль. Наличие дополнительных элементов по защите преобразователя от срывов не влияет на характеристики преобразователя при его обычной работе. Это связано с тем, что коммутирующий конденсатор повышенной мощности второго импульсного источника запирающего напряжения Рие f

ВНИИПИ Заказ 6960/81 Тираж -730 Подписное

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул . Проектная, 4 включен между выводами источника литания и при этом не потребляет энергии.

Формула изобретения

1. Тиристорный преобразователь постоянного напряжения впостоянное,,содержащий включенный последовательно в цепь входных и выходных выводов тиристорный ключ, шунтирующий выходные выводы, диод и устройство коммутации, выполненное в виде импульсного источника запирающего напряжения, включенноto параллельно входным выводам, содержащего конденсатор и зарядную цепь, при этом общая точка конденсатора и зарядной цепи через

Встречно-параллельно включенный коммутирующий тиристор и перезарядный диод, соединенный последовательно с вспомогательным дросселем, подключена к отпайке обмотки коммутируницего дросселя, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения надежности, параллельно входным клеммам включен второй дополнительный импульсный источник запира55894 8 ющего напряжения, общая точка конденсатора и зарядной цели которого через дополнительные встречно-параллельно включенные коммутирующий тиристор и переэарядный диод подсоединена к отпайке обмотки коммутирующего дросселя.

2, Преобразователь по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения, зарядная цепь второго импульсного источника заlo пирающего напряжения выполнена в виде последовательно включенных развяэывающего диода и ограничительного резистора.

Источники информации, принятые во внимание лри экспертизе

15 1. Авторское свидетельство СССР N 591995, кл, Н 02 М 3/135, 1976.

2. Глух Е. М., Зеленов В. Е. Защита полупроводниковых преобразователей. М., "Знергия", 1970.

20 3. Авторское свидетельство СССР N" 413571, кл. Н 02 Н 7/10, 1972

4. Авторское свидетельство СССР по заявке

N 2465766/24-07, кл. И 02 М 3/135, 1977.