Полупроводниковый преобразователь электроэнергии

 

ОП ИСАКИИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (1 и 873354

Союз Соиетекик

Социалистических республик (В! ) Дополнительное и авт. спид-ву— (22) Заявлено 22.11.79 (21) 2844147/24 — 07 с присоединением заявки N (23) Приоритет (53)М. Кл.

Н 02 М 7/04

ГеаудврствавыИ комитат

СССР (53) Уд К621.314.5 (088.8) ве делам изеаретеннй и огкрмтяй

Опубликовано 15.10.81 Бюллетень Фа 38

Дата опубликования описания 15.10,81 (72) Автор изобретения

JL И. Цытович (7l) Заявитель

Челябинский политехнический институт им. Ле нского комсомола (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Изобретение относится к силовой преобразо; вательной технике и может быть использовано в полупроводниковых преобразователях электроэнергии, предназначенных для управления технологическими процессами или для автоматизированного электропривода.

Известны полупроводниковые преобразователи электроэнергии (1).

Известные полупроводниковые преобразователи не имеют достаточные надежности, так как неработоспособность любого из звеньев

16 системы импульсно-фазового управления вызывает выход из строя преобразователя s целом.

Наиболее близким к предлагаемому является полупроводниковый преобразователь электро15 энергии, содержащий три системы импульсно-, фазового управления, выходы которых подключены к управляющему входу преобразователя„ а синхронизирующие входы — к источнику напряжения питающей сети, а также ключевые элементы с нормально открытыми контактами, включенные между управляющим входом преобразователя и выходом каждой системы импульсно-фазового управления 12).

Недостатком его также является недостаточная надежность несмотря на резервирование систем импульсно-фазового управления.

Целью изобретения является повышение надежности за счет схемы переключения резервных систем управления.

Цель достигается за счет того, что в преобразователе между вторым ключевым элементом и выходом второй системы импульсно-фазового управления включен нормально замкнутый контакт первого ключевого элемента, а между третьим ключевым элементом и выходом третьей системы импульсно-фазового управления включены нормально замкнутые контакты первого и второго ключевых элементов, а к выходу каждой системы импульсно-фазового управления подключены соединенные последовательно делители частоты, дифференцирующие звенья и демо1 дуляторы, причем каждый демодулятор подключен к управляющему входу ключевого элемента своей цепи.

На фиг. 1 приведена функциональная схема полупроводникового преобразователя электРо873354 энергии; на фиг. 2 — временные диаграммы его сигналов.

В состав полупроводникового преобразовате ля входят первая 1, вторая" 2 и третья 3 системы импульсно-фазового управления, делители частоты 4, 5 и 6, дифференцирующие звенья

7, 8, и 9, демодуляторы 10, 11 и 12, первый

13, второй 14 и третий 15 ключевые элементы контакты 16 — 21 нормально открытые контакты !6, 19 и 21, нормально закрытые контакты tO

17, 18 и 20), управляющие входы 22, 23, 24, 25, 26 и 27 контактов ключевых элементов

13, 14, и 15, силовой блок 28, клемма 29 для соединения силового входа блока 28 с источником напряжения силовой цепи, входная 30 и выходная 31 клеммы полупроводникового преобразователя, синхронизирующие входы 32, 33 и 34 систем импульсно-фазового управления (СИФУ) 1, 2 и 3.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

Силовой блок 28 представляет собой двухполупериодную управляемую схему выпрямления напряжения сети Y(t) (фиг. 2,а) . С помощью

СИФУ 1, 2 и 3 осуществляется формирование импульсов управления У, (t), Уi (t), Уз(т) (фиг. 2, б) вентилями блока 28, фазовый сдвиг импульсов управления относительно сигнала

Y (t) (фиг. 2,а) определяется уровнем инфор- мативного воздействия X(t), поступающего г на клемму 30 (фиг. 1). В результате на выходе преобразователя (клемма 31) формируется сигнал y (t) (фиг. 3, в; предполагается, что нагрузка преобразователя является чисто активной)

35 постоянная составляющая которого пропорциональна амплитуде сигнала X(t). Клеммы 32, 33 и 34 СИФУ 1, 2 и 3 служат для подключения сигнала Y(t) и синхронизации импульсов

У, (т), У, (т), Уз (т) относительно напряжения

4О питающей сети.

Полупроводниковый преобразователь имеет три идентичных и параллельно работающих

СИФУ, две из которых являются резервными (блоки 2 и 3). Подключение соответствующего

СИФУ к управляющему входу блока 28 (к управляющим электродам тиристоров) осуществляется с помощью ключевых элементов 13, 14 и

15. Контакты ключей 13, 14 и 15 управляются от трех идентичных по составу и принципу действия каскадов„состоящих из звеньев (4, 7, 10), (5, 8, 11) и (6, 9, 12).

Делители частоты 4, 5 и 6 осуществляют . преобразование импульсов y (t) y, (t), Уз(т) (фиг. 2,б) в сигналы У4(т) (фиг. 2, г), Yq (t) (фиг. 2, е), Y6(t) (фиг, 2, э) с периодом, в два раза превышающим период Т управляющих импульсов (фиг. 2, б) и со сред. ним нулевым значением.

Дифференцирующие звенья 7, 8 и 9 имеют передаточную функцию вида

Ф(Р) Д i+ > (t) Постоянная времени Т> выбирается таким образом, чтобы передача переменной составляющей выходных сигналов делителей частоты 4, 5 и 6 происходила бы без искажений.

В блоках 10, 11 и 12 выходной сигнал звеньев 7, 8 и 9 демодулируется (фиг. 2, д, ж, и) и подается на управляющие входы ключевых элементов 13, 14 и 15, что приводит к их срабатыванию.

Предположим, что все три СИФУ полупроводэ никового преобразователя являются работоспособными, При воздействием сигнала У, О (t) (фиг. 2,д) контакт 16 ключа 13 замыкается и импульсы

Y, (t) с выхода СИФУ 1 подаются на управляющий вход блока силовых вентилей 28. Контакты 17 и 18 ключа 13 размыкаются и отключают выход СИФУ 1 и 2 от входа блока

28, Учитывая, что СИФУ 2 и 3 являются работоспособными, контакты 19 и 21 ключей !

4 и 15 находятся в замкнутом состоянии.

В преобразователе используется принцип подчиненного управления подключением СИФУ

1, 2 и 3 к управляющему входу блока 28.

Так СИФУ 2 является ведомой по отношению к СИФУ 1. В свою очередь СИФУ 3 представляет собой ведомый каскад по отношению к блокам 1 и 2.

Предположим, что СИФУ 1 оказалась неработоспособной, в результате чего прекратилось формирование сигнала Y, (t).

Отсутствие импульсов y (t) приводит к тому, что сигнал Y4 (t) на выходе делителя частоты 4 принимает фиксированное значение с переменной составляющей, равной нулю. Коэф фициент передачи дифференцирующего звена 7 для постоянной составляющей выходного сигнала блока 4 согласно формулы (1) бесконечно мал. Это вызывает уменьшение уровня сигнала у е (t) до нУлЯ и воэвРат контактов 16, 17 и 18 ключа 13 в исходное состояние, показанное на фиг. 1. Так как СИФУ 2 является работоспособным и контакт 19 находится в замкнутом состоянии, то на вход блока 28 подаются импульсы Y2 (t) с выхода СИФУ 2 и преобразователь продолжает нормально функционировать.

Подключение СИФУ 3 ко входу блока 28 в случае неработоспособности СИФУ 1 и 2 осуществляется аналогичным образом.

Предположим, что в процессе работы СИФУ 2 оказывается неработоспособным. Тогда

Y» (t) = О, контакт 19 размыкается, а контакт

20 замыкается, подготавливая тем самым подключение СИФУ 3 к блоку 28 в случае неисправности СИФУ 1.

873354

Очевидно, что одновременный отказ СИФУ

1, 2 и 3 практически невозможен. Поэтому данный преобразователь имеет высокую надежность в системах автоматического управления технологическими процессами.

Рассмотренный принцип может быть применим также к построению многофазных тиристорных преобразователей.

Особенностью данного преобразователя является также то, что, каскады (4, 7, 10), (5, 8, 11) и (6, 9, 12) не требуют специальных мер диагностики собственной неисправности, так как неработоспособность любого из них вызывает отключение соответствующего СИФУ от входа блока 28 и переход на работоспособный канал преобразования информативного воздействия X(t). Следует отметить также, что при

"залипании" контактов ключей 13, 14 и 15 в схеме преобразователя допускается одновременное подключение ко входу блока 28 как исправного, так и неработоспособного СИФУ.

Последнее возможно, если выходные каскады

СИФУ 1, 2 и 3 выполнены по одному из многочисленных вариантов схем генератора тока.

Формула изобретения

Полупроводниковый преобразователь электроэнергии, содержащий три системы импульсно2S фазового управления, выходы которых подключены к управляющему входу преобразователя,, а синхронизнрующие входы — к источнику напряжения питающей сети, а также ключевые элементы с нормально открытыми контактами, включенные между управляющим входом преобразователя и выходом каждой системы импульсно-фазового управления, о т л и ч а юшийся тем, что с целью повышения наtO дежности за счет схемы переключения резервных систем управления, между вторым ключевым элементом. и выходом второй системы импульсно-фазового управления включен нормально замкнутый контакт первого ключевого

13 элемента, а между третьим ключевым элементом и выходом третьей системы. импульсно-фазового управления включены нормально замкнутые контакты первого и второго ключевых элементов, а к выходу каждой системы им26 пульсно-фазового управления подключены соединенные последовательно детали частоты, дифференцирующие звенья и демодуляторы, причем каждый демодулятор подключен к управляю щему входу ключевого элемента своей цепи.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Ситник Н. Х. Силовая полупроводниковая техника. М., "Энергия", 1968, с. 199, рис. 4-28.

2. Ривкин Г. А. Преобразовательные устройства, "Энергия", 1970, с. 423.

873354

Составитель E. Дорошин

Техред И. Гайду

Корректор Ю. Макаренко

Редактор Е. Дорошенко

Подписное

Заказ 9067/81

Тираж 733

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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