Устройство для искусственной коммутации тиристоров преобразователя Советский патент 1987 года по МПК H02M1/08 H02M7/515 

11

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, а именно к тяговым полупроводниковым устройствам подвижного состава, и может быть использовано для принудительной коммутации тиристоров в преобразователях частоты.

Целью изобретения является повышение надежности путем снижения коммутационных перенапряжений.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Устройство (фиг. содержит источник 1 питания, к вьгаодам которого подсоединены две пары последовательно соединенных коммутирующих тиристоров 2, 3 и 4, 5, цепочка из последовательно соединенных зарядного тиристора 6, разделительного диода 7 и зарядного тиристора 8, соответствующие выводы тиристорного преобразователя 9, а также две коммутирующие LC-цепи 10, 11 и 12, 13, причем первые обкладки конденсаторов П и 13 подсоединены к общим точкам соединения коммутирующих тиристоров 2, 3 и 4, 5, а первые концы обмоток коммутирующих дросселей 10 и 12 подсоединены к электродам разделительного диода 7. Устройство содержит также анодную группу распределительных тиристоров 14, подсоединенную катодами к катодам запираемых тиристоров тиристорного преобразователя 9 и анодами к катоду разделительного диода 7, катодную группу распределительных тиристоров 15, подсоединенную анодами к анодам запираемых тиристоров тиристорного преобразователя 9 и катодами к аноду разделительного диода 7, дополнительные тиристоры 16 и 17, соединенные каждый между одним выводом источника 1 питания и точкой соединения вторых обкладок коммутирующих конденсаторов и вторых концов обмоток дросселей индуктив- ностей LC-цепей 10, 11 и 12, 13. Кроме того, устройство снабжено цепью замыкания избыточного тока перезаряда LC-контуров, содержащую ком мутируюп1ий трансформатор, две первичные обмотки 18 и 19 которого подсоединены началом соответственно к катоду и аноду разделительного диода 7 и концами через разрядные диоды 20 и 21 с выводами источника питания 1,

82

вторичная обмотка 22 которого включег на в диагональ однофазного диодного моста 23-26, подсоединенного встречно к вьгоодам источника 1 питания, а

также узлом 27 управления соответствующими выходами подсоединенным к управляющим злектродам тиристоров устройства искусственной коммутации. На фиг.2 представлены временные диаграммы управляющих сигналов коммутирующими 2 - 5, зарядными 6 и 8 и дополнительными 16 и 17 тиристорами, а также временные диаграммы токов в коммутирующих реакторах 10

и 12 и напряжений на коммутирующих

конденсаторах 11 и 13.

I

Устройство работает следующим образом.

Пусть в исходном состоянии конденсаторы 11 и 13 были заряжены по- лярностью,указанной на фиг.1. Для искусственной (принудительной комму- тации)тиристора преобразователя 9, подсоединенного катодом к катоду соответствующего распределительного тиристора группы 14, в момент времени tp включают указанный тиристор группы распределительных .тиристоров 14 и коммутирующий тиристор 2. Под действием напряжения коммутирующего конденсатора 11 ток из коммутируемого тиристора преобразователя 9 вы- тесненяется в коммутирующий контур 10 и 11 по цепи: 9, 2, 11, 10, 7, 14, 9. В момент времени t ,коммутируемый тиристор запирается, а избыточный колебательный ток перезаряда коммутирующего LC-контура 1-0 и 11 замыкается по цепи: II, 10, 7, 18, 20, 2, 11. В момент времени t со сдвигом на 2/3 полупериода колебаний собственной частоты колебательных LC-контуров включается коммутирующий тиристор 4. Ток нагрузки из

LC-контура 10 и II перераспределяется в LC-контур 12 и 13 по цепи: 9, 4, 13, 12, 14, 9. Избыточный колебательный ток перезаряда коммутирующего LC-контура 12 и 13 замыкается по цепи: 13, 12, 18, 20, 4, 13. В момент времени tj ток перезаряда LC-контура 10 и П снижается до нуля, коммутируюошй тиристор 2 и раз-.

делительный диод 7 запираются обрат ным напряжением коммутирующего конденсатора по цепи: II, 2, 4, 13, 12, 7, 10, 1I.

3

При протекании избыточного тока перезаряда обеих LC-цепей по первичной обмотке 18 коммутирующего трансформатора на его вторичной обмотке

22наводится ЭДС, амплитуда колеба- НИИ которой ограничивается на уровне напряжения источника 1 питания,

за счет подключения вторичной обмотки 22 к источнику 1 через диоды

23и 26 по цепи: + 22, 20, 1, 26, -22. Таким образом, на первичной об мотке 18 возникает падение напряжения прямоугольной формы, плюсом при кладьюающееся через распределитель- ньй тиристор 14 группы к катоду, а минусом - через разрядный диод 20

к аноду коммутируемого тиристора пробразователя 9, амплитудой равной напряжению источника 1 питания, деленному на козффициент трансформаци коммутирующего трансформатора. Обычно коэффициент трансформации выбирается такой, чтобы получить амплтуду импульса обратного напряжения на тиристоре порядка 50-80 В, что обеспечивает паспортное время t, восстановления запирающих свойств коммутируемого тиристора. В момент

Н

времени t ток LC-контура 12 и 13 становится меньте тока нагрузки I разрядный диод 20 запирается. Если предположить, что ток 1„ при коммутации остается, постоянным, то на

.интервале времени

t tj. напряжение обратного знака на коммутирую- щем конденсаторе 13 будет возрастать линейно. В момент времени t напряжение на конденсаторе 13 начинает превышать напряжение источника 1 питания, включается дополнительный тиристор 17 и соответствующий тиристор преобразователя 9. На интервале

времени

t

t, ток нагрузки переводится из реактора 12 в соответствующий тиристор преобразователя 9. При- чем ток реактора 12 перераспределяется по параллельным цепям: 9, 4, 12 13 и 9, 1, 17, 12. Поскольку емкость источника 1 питания много больше емкости коммутирующего конденсатора, то спадающий ток коммутирующего реактора будет протекать в основном через источник питания, что значительн снижает величину коммутационньпс пере

напряжений на коммутирующем конден-

саторе 13.

На интервале времени t производится дозаряд конденсатора 11

10 , 15

2025

30

35

40

45, 50овключением коммутирующего тиристора 2 и зарядного тиристора 8 (на холостом ходу преобразователя 9 производится дозаряд и конденсатора 13 включением тиристора 4). Если накопленная в источнике питания избыточная знергия коммутации не полностью компенсируется расходом энергии на до- заряд, то следует выводить ее одним из известных способов, например с помощью зависимого интертирования в сеть переменного тока.

После окончания дозаряда в момент времени.tg напряжение на коммутирующем конденсаторе 11 может превышать напряжение источника питания на 10- 20%, что обусловлено колебательным характером процесса дозаряда. Введением активных сопротивлений в цепь зарядных тиристоров достигается увеличение коэффициента затухания Колебательного контура дозаряда. В результате указанная величина пере напряжений снижается до 2-3%,

Во втором полупериоде работы устройства искусственной коммутации производится принудительное запирание соответствующего тиристора преобразователя 9, подсоединенного анодом к аноду соответствующего тиристора группы распределительных тиристоров 15. Процесс протекает аналогично описанному.

В момент времени t включается соответствующий тиристор распределительной группы 15 и коммутирующие тиристор 5. В момент времени t включается коммутирующи - тиристор 3. Ток нагрузки протекает по цепям: 9, 15, 6, 12, 13, 5, 9 и 9, 15, 10, i, 3, 9. Избыточный ток перезаряда LC-контуров замыкается по цепям: 13, 5, 21, 19, 7,- 12, 13 и 11, 3, 21 , 19, 10, 11. На интервале времени t,, t спада тока нагрузки в реакторе 10 включен дополнительный тиристор 16, а ток замыкается по цепям: 9, 15, 10, 16, 1, 9 и 9, 15, 10, 11, 3, 9. В момент времени t, включаются тиристоры 6 и 5, производится до- заряд конденсатора 13 по цепи: 1, 6, 12, 13, 5,1.

Таким образом, при работе предлагаемого устройства на интервалах вреЦ, t вывода избыточной энергии коммутации из коммутирующих реакторов, как было показано вьше, происходит повышение напряже513

ния на коммутирующих конденсаторах. что позволяет ограничить максимальное напряжение, прикладьшаемое к тиристорам устройства на уровне напряжения источника питания и, следовательно, повышает надежность работы предлагаемого устройства коммутации. Известно, что величина коммутационных перенапряжений uU в устройстве-прототипе (без учета активного сопротивления) определяется из выражения

75886

рую1 ;ем конденсаторе равна величине AUj перенапряжения на емкости источника питания

uU, uU , отсюда

где С,,С - емкости соответственно fOкоммутирующего конденсатора и источника питания, Если принять С- 25С., то отно

uU ,

р - волновое сопротивление LC-контура.

(1)

Волновое сопротивление р связано с напряжением U на коммутирующем конденсаторе и амплитудой 1 коммутирующего импульса тока зависимостью

и,

р ---- .

С учетом этого уравнения (1) можно записать в виде

I,, т

тсюда

uU

йу и,

In

l

к

(2)

пр

где .ди - относительная величина коммутационных перенапряжений °,

У. - коэффициент превьшения амплитуды коммутирзтощего импульса тока над током нагрузки.

В устройстве-прототипе коэффициент выбирают порядка 1,2 - 1,25, Тогда согласно выражение (2) относительная величина коммутационных напряжений составляет

U-U 0,8-0,83 i ,2 - I,zb

1-13 полученного выражения ( 2 ) следует, что в тех устройствах искусственной коммутации, где стремятся приблизить форму коммутирующего импульса тока в прямоугольный, за счет сн ижения коэффициента К,. , величина коммутационных перенапряжений дости гает наибольших значен:ий.

В предлагаемом устройстве величина uU, перенапряжения на коммути

шение токов равно --- 5 и соглас 2

но (I) величина перенапряжений uU будет в 5 раз меньше, чем в устройстве-прототипе.

В качестве тиристорного преобразователя 9 (фиг,П может приниматься любой из широко известных преобразователей: автономный инвертор напряжения, непосредственный преобразователь частоты, преобразователь переманного напряжения в постоянное. Известны также системы управления такими преобразователями.

В узле 27 управления предлагаемым устройством формируются сигналы уп- равления для коммутирующих и распределительных тиристоров по задним фронтам импульсов управления тиристорами преобразователя 9 (длительность такого импульса управления соответствует всей длительности проводящего состояния тиристора) с по- мощью формирователя коротких И1-1пуль сов.

40

45

50

55

Формула изобретения

Устройство для искусственной коммутации тиристоров преобразователя, содержащее источник питания, к выходным вьшодам которого подключены две пары последовательно соединенных коммутирующих тиристоров и цепочка из последовательно соединенных первого зарядного тиристора, разделительного диода и второго зарядного тиристора, а также две коммутирующие LC-цепи, одни обкладки конденсаторов каждой из которых подключены к точкам соединения соответствующих пар коммутирующих тиристоров, а одни концы обмоток дросселей ин- дуктивностей подключены к соответствующим токам соединения указанных зарядных тиристоров с разделительным

713

диодом, причем последние точки соединения, через распределительные тиристоры подключены к выходным вьшо- дам устройства, подключенным к тиристорам преобразователя, а также блок управления устройством, отличающееся тем, что, с целью повьшения надежности путем снижения коммутирующих перенапряжений.

75888

оно снабжено дополнительными тиристорами, силовыми электродами, включенными между точками соединения, вторых обкладок и концов обмоток г дросселей индуктивностей соответствующих LC-цепей и соответствующими выходными вьтодами источника питания, а управляющими входами - к соответствующим выходам блока управления.

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к тяговым полупроводниковым устройст14вам подвижного состава. Целью является повышение надежности путем снижения коммутационных напряжений. Устройство содержит коммутирующие тиристоры 2-5, к которьм подключены коммутирующие LC-цепи 10-13. Обмотки 18,19 коммутирующего тр-ра подключены к зарядным тиристорам 6, 8, разделительному диоду 7 и разрядным диодам 20,21. К точкам соединения конденсаторов и дросселей LC-це- пей 10-13 подключены дополнительные тиристоры 16, 17. Коммутирующие LC- цепи 10-13 включаются со сдвигом во времени, и в каждый полупериод частоты коммутаций тиристоров вьшодится избыточная энергия, напряжение на конденсаторе LC-цепи ограничивается на уровне напряжения источника питания. 2 шт. с сл со СП 00 00 фиг.1 Л 2,3.4,5; 6. 8. /Ч 75, 76.77

Фиг. 2