Узел коммутации тиристора

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЬЬСТВУ

Союз Советсиик

Социалистических

Реслублии (и)928558 (61) Дополнительное к авт. свид-ву т (22)Заявлено 12.08.80 (21) 2973446/24-07 (53)M. Кл. с присоединением заявки РЙ .Н 02 M 1/08

9кударстаааыМ квинтет

СССР ав делам наебретеннй н етнрытнй (23) Приоритет

Опубликовано 15. 05. 82. Бюллетень На 18

Дата опубликования описания l5.05.82 (53) УДК621.316.

° 717(088.8) (72) Авторы изобретения

««

О.Г.булатов и В.А.Шитов ябрьскЬй

Московский ордена Ленина и ордена Ок

Революции энергетический институт (71) Заявитель (54) УЗЕЛ КОМИУТАЦИИ ТИРИСТОРА

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к преобразователь ной технике, и может быть использовано в качестве составной части ти-! ристорных широтно-импульсных регуляторов, в автономных инверторах напряжения и зависимых реверсивных преобразователей с искусственной коммутацией.

Известен узел принудительной коммутации тиристоров инвертора, . содержащий двухобмоточный трансформатор и конденсатор. Трансформатор может иметь большее число обмоток для осуществления независимой коммутации в различных частях многофазных преобразователей. В этом ,узле осуществляется принудительная оммутация параллельного типа, поэтому внешняя характеристика зависит от тока нагрузки. Узлы коммутации r последовательного типа имеют жесткую внешнюю характеристику (1).

Недостатком данного устройства является накопление энергии в коммутирующем конденсаторе.

Известен тиристорный выпрямитель

S с искусственной коммутацией в котором осуществляется рассеяние накопленной энергии в резисторе, либо сброс этой энергии в конденсатор фильтра с последующей передачей ее в ,о нагрузку $2).

Однако первый вариант приводит к снижению КПД, а второй - возможен лишь при работе на нагрузку с емкостной составляющей.

Известен тиристорный широтно-импульсный преобразователь, в котором сброс избыточной энергии коммутирующего конденсатора осуществляется в источник питания с помощью соединенных последовательно диода и обмотки сброса (3).

Наличие этой обмотки усложняет магнитную систему, так как между двумя обмотками проще обеспечить дос-.

8558. 4

10

Х = + !E, Y = Pic/E где Uc — напряжение на конденсаторе;

- характеристическое сопротивление контура перезаряда конденсатора; ток конденсатора 1.

На фиг. 3 приняты обозначения: Ч - угол восстановления вентильных мы.

3 92 таточную магнитную связь, чем между тремя. Еще более сложно осуществить такой сброс энергии в многообмоточном трансформаторе.

Наиболее близким к предложенному изобретению является узел коммутации тиристора, содержащий конденсатор, подключенный через коммутирующий тиристор к первичной обмотке трансФорматора, вторичная обмотка которого включена последовательно с коммутируемым тиристором $4).

Недостатком устройства является сложность схемы, что усматривает в наличии дополнительного источника питания. Для уменьшения перенапряжений на конденсаторе напряжение дополнительного источника питания должно быть меньше напряжения основного источника. Если для заряда конденсатора используется основной источник питания, то необходимо обесПечить сброс накопленной в конденсаторе энергии с помощью дополнительных схемных элементов.

Цель изобретения - упрощение схеПоставленная цель достигается тем, что в устройство, введен однофазный тиристорный мост, диагональ постоянного тока которого подключена параллельно коммутирующему тиристору,причем анод коммутирующего тиристора соединен с общей точкой катодов тиристоров моста, а диагональ переменного тока моста подключена между выводами для подключения полюсов источника питания.

На фиг. 1 и 2 представлены электрические схемы предлагаемого тиристорного узла коммутации и его модификации для случая, когда вместо трансформатора для коммутации используется дроссель; на фиг ° 3 - фазовая траектория перезаряда конденсатора; на фиг. 4 - устройство управления, обеспечивающее такой перезаряд; на фиг. 5 и 6 - примеры использования узла коммутации в автономном инверторе напряжения и зависимом реверсивном преобразователе с искусственной коммутацией.

Тиристорный узел коммутации (фиг.1 содержит конденсатор 1 (Uc - напряжение на этом конденсаторе), подключенный с помощью коммутирующего тиристора 2 к первичной обмотке 3 трансформатора 4, вторичная обмотка

5 которого подключена одним концом

Зо

3S

55 к аноду силового тиристора 6, а другим — к положительному полюсу источника питания (Е - напряжение"этого источника). В схему введен однофазный тиристорный мост 7, собранный на тиристорах 8-11. Обратный диод 12 и нагрузка 13 включены между катодом силового тиристора 6 и отрицательным полюсом источника. Тиристорный узел коммутации, (фиг. 2) содержит дополнительный коммутирующий тиристор 14 и зарядный дроссель 15.

Фазовая траектория перезаряда конденсатора 1 (фиг. 3) построена в относительных единицах Х и У свойств силового тиристора 6; Vg угол задержки включения.тиристоров

8 и 11 относительно момента включения тиристоров 9 и 10.

Тиристорный узел коммутации работает следующим образом. !

Первоначально конденсатор 1 разряжен. Для заряда конденсатора 1 включают тиристоры 8 и 11. В результате конденсатор 1 заряжается до напряжения Vgp отрицательной полярности по контуру:положительный полюс источника питания, тиристор 8, конденсатор 1, обмотка 3, тиристор 11, отрицательный полюс источника питания (фиг. 1)„ либо по контуру: положительный полюс источника питания, тиристор 8, дроссель 15, конденсатор, тиристор 11, отрицательный полюс источника питания (фиг. 2), При этом характеристическая точка на фазовой траектории перемещается из начала координат в положение 16 (фиг ° 3) °

Для прерывания тока нагрузки Ig, протекающего через силовой тиристор 6 включают коммутирующий тиристор 2 (фиг. 1), либо коммутирующие тиристоры 2 и 14 (фиг. 2). Характеристическая точка мгновенно переходит в положение 17 и затем, в течение коммутационного интервала, в положение

18, Ордината У соответствует току нагрузки Ig. В результате происходит заряд конденсатора 1 до напряжения положительной полярности, превышающе15

5 928 го абсолютное значение начального напряжения (13со). Для подготовки конденсатора 1 к следующему такту коммутации необходимо перезарядить его до напряжения Ugp отрицательной полярности, Для этого включают тиристоры 8 и 11 и конденсатор 1 перезаряжается до большей абсолютной величины напряжения ° Для того, чтобы можно было к концу интервала переза- io ряда конденсатора 1 получить на нем то же значение начального напряжения, что и при первоначальном заряде, включают сначала тиристоры 9 и 10.

В результате происходит сброс энергии конденсатора 1 в источник питания по контуру: конденсатор 1, обмотка 3, тиристор 10, положительный полюс источника питания, отрицательный полюс, тиристор 9, конденсатор 1 (фиг. 1), либо по контуру: конденсатор 1, тиристор 10, положительный полюс источника питания, отрицательный полюс, тиристор 9, дроссель 15, конденсатор 1 (фиг. 2). Длительность интервала сброса энергии конденсатора

1 в источник питания t„, = V /w; где

w - собственная круговая частота контура сброса энергии. Тиристоры 8 и

111 включают с задержкой относительно момента включения тиристоров 9 и 1О, причем длительность задержки выбирается таким образом, чтобы к концу интервала сброса энергии характеристическая точка оказалась на перво35 начальной траектории заряда конденсатора 1. Таким образом, для осуществления бестрансформаторного сброса избыточной энергии конденсатора 1 и в источник питания необходимо реалиУ 40 зовать в системе управления нелинейную зависимость угла задержки от тока нагрузки.

Для реализации этой зависимости система управления должна содержать

45 устройство, представленное на фиг,4.

Это устройство определяет момент пересечения двух фазовых траекторий: траектории сброса энергии с центром в точке (+Е; 0), и траектории заряда конденсатора с центром в точке

50 (-Е, О). Обе эти траектории формируются в системе управления. Траектории сброса формируются с помощью датчика 19 тока, сигнал на выходе которого пропорционален току конденсатора 1, и интегратора 20, сигнал на выходе которого пропорционален напряжению на конденсаторе 1. Траектория

558 6 заряда конденсатора 1 формируется с .помощью автономного генератора 21 гармонически изменяющегося тока, частота работы которого не менее чем на два порядка своей величины превышает собственную частоту контура за\ ряда конденсатора 1, и интегратора

22, сигнал на выходе которого имеет отрицательную постоянную составляющую, пропорциональную величине Е.

Схема 23 сравнения срабатывает в том случае, если абсолютная величина отрицательного сигнала на выходе автономного генератора 21 превышает абсолютную величину отрицательного сигнала на выходе датчика 19 тока.

Схема 24 сравнения срабатывает в том случае, если абсолютная величина отрицательного сигнала на выходе интегратора 20 превышает абсолютную величину отрицательного сигнала на выходе интегратора 22. Схема совпадения И 25 выдает сигнал на включение тиристоров 8 и 11 в том случае, если сработали схемы 23 и 24 сравнения. !

Возможно реализовать нелинейную зависимость угла задержки V3 от тока нагрузки другим способом, например, за счет обратной связи по напряжению.

Предлагаемый тиристорный узел коммутации может быть использован в качестве составной части трехфазных

1преобразователей. В этом случае для осуществления индивидуальной коммутации трансформатор 4 содержит шесть вторичных обмоток (фиг. 5 и 6). Трехфазный автономный инвертор напряжения (Фиг. 5) содержит в каждой фазе (A, Вь С вЂ” фазы инвертора) соединенные последовательно силовые тиристоры, !6 и 27, подключенные к шинам питающего напряжения с помощью коммутирующих дросселей 28 и 29, соответственно. Встречно-параллельно силовым тиристорам 26 и 27 подключены обратные диоды 30 и 31. К каждому из коммутирующих дросселей 28 и 29, подключены, соответственно, коммутирующие тиристоры 32 и 33. Эти тиристоры подключены к вторичным обмоткам трансформатора 4. Заряд и перезаряд конденсатора 1 осуществляется в устройстве также, как в широтно-импульсном преобразователе (фиг. 1 и 2).Для запирания силового тиристора 26 и

27 в любой из фаз преобразователя

928558

7 необходимо включить одновременно коммутирующие тиристоры 2 и 32 и 33.

Трехфазный зависимый реверсивный преобразователь (фиг. 6) содержит две группы силовых тиристоров: анодную 34 и катодную 35 по шесть тиристоров в каждой из групп. Силовые тиристоры подключены к фазам питающей сети А,, В, С> с помощью коммутирующих дросселей 36 и 37. К этим дросселям с помощью коммутирующих тиристоров 38 и 39 подключены вторичные обмотки трансформатора 4 (маркировка обмоток показана на фиг. 6). Такое устройство работоспособно при условии, что индуктивные сопротивления питающей сети достаточно малы (не менее, чем на два порядка величины меньшей сопротивления нагрузки).В этом случае коммутирующие дроссели

36 и 37 выполняют роль токоограничительных дросселей.

Использование предлагаемого тиристорного узла коммутации позволяет осуществить питание узла коммутации последовательного типа от данного источника, что упрощает схему устройства. Предлагаемый узел коммутации может быть использован в многофазных тиристорных преобразователях.

Формула изобретения

Узел коммутации тиристорв, содержащий конденсатор, подключенный через коммутирующий тиристор к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого включена последова" тельно с коммутируемым тиристором,,отличающийся тем, что, с целью упрощения, в него введен од IO нофазный тиристорный мост, диагональ постоянного тока которого включена параллельно коммутирующему тиристору, причем анод коммутирующего тиристора соединен с общей точкой като15 дов тиристоров моста, а диагональ переменного тока моста включена между выводами для подключения полюсов источника питания.

Источники информации, 2î принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Г 4060757, кл. 363/57, 1977.

2. Патент Японии It 52-50369, кл. 56 D 01, 1977, 25 3. Глазенко Т.А.Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока, Л., "Энергия", .

1973, с. 183, рис. 4-8 б.

4. Авторское свидетельство СССР зо It 665375, кл. Н 02 И 1/08, 1979.