СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТОКА УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРА Российский патент 2003 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для систем импульсно-фазового управления тиристорными преобразователями.

В системах управления тиристорными преобразователями находят применение магнитные усилители с самонасыщением, которые помимо выполнения функции широтно-импульсного модулятора обеспечивают также усиление мощности, суммирование и гальваническую развязку входных сигналов. Однако наряду с простотой устройства и высокой надежностью в работе магнитные усилители обладают рядом недостатков: несимметрия импульсов из-за неидентичности характеристик сердечников усилителей; при синусоидальной форме напряжения питания цепи рабочих обмоток усилителя в широких пределах изменяется ток управления тиристором, сокращается диапазон регулирования и увеличивается мощность управления; сравнительно низкая крутизна переднего фронта выходного тока усилителя отрицательно сказывается на тепловом режиме работы силового тиристора.

Известно несколько способов формирования тока управления тиристора в системах с магнитным усилителем [1, Ройзен С.С., Стефанович Т.Х. Магнитные усилители в электроприводе и автоматике. М., "Энергия", 1970, с. 441]. При всех способах несимметрия импульсов из-за неидентичности сердечников устраняется шунтированием резистором диодов цепи рабочих обмоток усилителя; постоянство амплитуды тока управления и расширение диапазона регулирования обеспечивается за счет питания цепи рабочих обмоток усилителя от источника переменного напряжения трапецеидальной или прямоугольной формы. Однако при способе подачи управляющих импульсов непосредственно на силовые тиристоры с выхода магнитного усилителя увеличивается мощность управления, вносится дополнительная несимметрия из-за неидентичности параметров управляющих переходов силовых тиристоров, кроме того, при этом способе невозможно построение симметричных мостовых схем преобразователей.

Включение разделительного трансформатора в цепь нагрузки магнитного усилителя осложняет согласование нагрузки усилителя и амплитуды выходного импульса.

Наиболее полно устраняет указанные недостатки способ, при котором предварительно заряженный конденсатор при помощи вспомогательного маломощного тиристора разряжают на первичную обмотку импульсного трансформатора, обеспечивая гальваническую развязку и импульсы управления силовым тиристором необходимой крутизны и амплитуды [1, рис. 7-9, г], принятый в качестве прототипа.

Преобразователи с фазовым управлением от магнитных усилителей имеют еще один существенный недостаток, на который авторы публикаций почему-то не указывают и который препятствует более широкому применению таких преобразователей. При наличии естественного ограничения минимального угла регулирования (время нарастания тока намагничивания до насыщения сердечника магнитного усилителя) отсутствует ограничение максимального угла регулирования, т.е. при снятии сигнала задания под действием обратной связи (по напряжению, скорости и т.п.) магнитный усилитель закрывается и импульсы с преобразователя снимаются. При этом, если преобразователь работал на индуктивную нагрузку (например, обмотка возбуждения электрической машины), или на противоЭДС (якорь электродвигателя) в инверторном режиме в зоне прерывистых токов, то при снятии импульсов теряется управляемость преобразователя, при работе его на противоЭДС в инверторном режиме в зоне непрерывных токов снятие управляющих импульсов неизбежно приводит к опрокидыванию инвертора, т.е. к аварийному режиму, вызывающему срабатывание защиты и отключение устройства от сети [2, В. А. Найдис и др. Электроприводы с полупроводниковым управлением. Системы постоянного тока на тиристорах. Под редакцией М.Г. Чиликина, М.-Л., "Энергия", 1966, стр.20].

Известен также способ формирования тока управления тиристора, при котором конденсатор заряжается через переменный резистор и разряжается при помощи однопереходного транзистора при достижении напряжением на конденсаторе уставки срабатывания транзистора, а при подаче на схему выпрямленного синхронизирующего напряжения в конце каждого полупериода напряжение питания однопереходного транзистора спадает до нуля, что приводит к его отпиранию и созданию выходного импульса [3, Кремниевые управляемые вентили - тиристоры. Технический справочник. Перевод с английского под редакцией к.т.н. В.А. Лабунцова и А.Ф. Свиридова. Издательство "Энергия", Москва-Ленинград, 1964 г., с. 75, 80].

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является ограничение максимального угла регулирования в преобразователе с фазовым управлением от магнитного усилителя, в результате чего при осуществлении изобретения при работе преобразователя на индуктивную нагрузку или на противоЭДС снятие сигнала задания или его резкое изменение не будет приводить к потере управляемости преобразователем или опрокидыванию инвертора при закрытии магнитного усилителя под действием обратных связей.

Для решения поставленной задачи в преобразователе с фазовым управлением от магнитного усилителя с самонасыщением, цепь рабочей обмотки которого питают переменным напряжением трапецеидальной формы, а выходной импульс управления силовым тиристором формируют разрядом предварительно заряженного конденсатора на первичную обмотку импульсного трансформатора при помощи однопереходного транзистора, конденсатор форсированно заряжают в начале каждого рабочего полупериода питающего напряжения до величины, составляющей 80-90% уставки напряжения срабатывания однопереходного транзистора, и при появлении импульса управления от магнитного усилителя уставку срабатывания транзистора снижают до значения, ниже величины напряжения на конденсаторе, уменьшением его междубазового напряжения, а при отсутствии импульса управления от магнитного усилителя в течение всего полупериода питающего напряжения, срабатывание однопереходного транзистора произойдет при снижении этого напряжения в конце полупериода, формируя управляющий импульс силового тиристора с углом регулирования, близким к 180 эл. град.

Пример осуществления способа приведен на чертеже.

От напряжения трапецеидальной формы через диод 1 получают питание цепь рабочей обмотки 2 магнитного усилителя с нагрузочным резистором 3, и схема релаксационного генератора на однопереходном транзисторе 4, зарядном резисторе 5, конденсаторе 6 с последовательно включенной первичной обмоткой импульсного трансформатора 7, в цепи базы транзистора 4 включен защитный резистор 8. Постоянная времени RC-цепи подбирается такой, чтобы рост напряжения на конденсаторе 6 отставал от роста трапецеидального напряжения питания во избежание ложного срабатывания однопереходного транзистора. Стабилитрон 9 служит для фиксации на конденсаторе заданной величины напряжения. На выходе магнитного усилителя через ограничивающий резистор 10 подключен базовый переход транзистора 11, который при появлении импульса управления от магнитного усилителя подключает параллельно междубазовому переходу транзистора 4 резистор 12, снижая тем самым междубазовое напряжение и, соответственно, уставку напряжения срабатывания однопереходного транзистора. В конце полупериода питающего напряжения, если к этому моменту не поступило импульса управления от магнитного усилителя, напряжение питания снижается, одновременно снижая уставку однопереходного транзистора и формируя управляющий импульс силового тиристора с углом регулирования, близким к 180 эл. град.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для систем импульсно-фазового управления тиристорными преобразователями с фазовым регулированием от магнитного усилителя с самонасыщением. Технический результат заключается в ограничении максимального угла регулирования в преобразователе с фазовым управлением от магнитного усилителя. Для этого цепь рабочей обмотки преобразователя питают переменным напряжением трапецеидальной формы, а выходной импульс управления силовым тиристором формируют разрядом предварительно заряженного конденсатора на первичную обмотку импульсного трансформатора при помощи однопереходного транзистора, при котором для ограничения максимального угла регулирования конденсатор форсированно заряжают в начале рабочего полупериода питающего напряжения до величины, составляющей 80-90% уставки напряжения срабатывания однопереходного транзистора, и при появлении импульса управления от магнитного усилителя уставку срабатывания транзистора снижают до значения ниже величины напряжения на конденсаторе, уменьшением его междубазового напряжения, а при отсутствии импульса управления от магнитного усилителя в течение всего полупериода питающего напряжения срабатывание однопереходного транзистора произойдет при снижении этого напряжения в конце полупериода, формируя управляющий импульс силового тиристора с углом регулирования, близким к 180 эл. град. 1 ил.

Способ формирования тока управления тиристора с фазовым регулированием от магнитного усилителя с самонасыщением, цепь рабочей обмотки которого питают переменным напряжением трапецеидальной формы, а выходной импульс управления силовым тиристором формируют разрядом предварительно заряженного конденсатора на первичную обмотку импульсного трансформатора при помощи однопереходного транзистора, отличающийся тем, что конденсатор форсированно заряжают в начале рабочего полупериода питающего напряжения до величины, составляющей 80-90% уставки напряжения срабатывания однопереходного транзистора, и при появлении импульса управления от магнитного усилителя уставку срабатывания транзистора снижают до значения ниже величины напряжения на конденсаторе, а при отсутствии импульса управления от магнитного усилителя в течение всего полупериода питающего напряжения срабатывание однопереходного транзистора произойдет при снижении этого напряжения в конце полупериода, формируя управляющий импульс силового тиристора с углом регулирования, близким к 180 эл. град.