Тиристорный ключ для преобразователя переменного тока Советский патент 1988 года по МПК H02M5/257 

S

(Л

Изобретение относится к нреобразова- тельной технике. Цель изобретения - повышение надежности за счет уменьшения амплитуды и скорости нарастания напряжения на тиристорах. Наличие в силовой схеме тиристорного ключа 1 индуктивных улемен- тов (дросселей 2) обуславливаег в момент обрыва обратных токов диодчн ноявленис коммутационных перенапряжений. Oi paHH- чение амплитуды импульса перенапряжения происходит за счет П1унтированпя 1иристор- но-диодных пар на тиристорах 3 и диодах 4 зап1итными КС,-цепочками. Ограпичение крутизны нарастания напряжения на тиристор- но-диодных парах происходит за счет протекания обратного тока через резистор 5 и цепочку из развязываюше1Ч) диода 12 и конденсатора 7, за счел чсмо дожигается поставленная цель. 1 ил.

с ас

Oi О5 СП

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть применено, например, в тиристорных преобразователях частоты для индукционной электротермии.

Целью изобретения является повышение надежности за счет уменьшения амплитуды и скорости нарастания напряжения на тиристорах.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема устройства.

Тиристорный ключ 1 для преобразователя переменного тока содержит Л парал- соединенных ветвей из последовательно включенных дросселя 2 и тиристорно- диодной пары, состояш,ей из тиристора 3 и диода 4, зашунтированной цепью RC, состоящей из резистора 5 и конденсаторов 6, 7.

При этом один вывод конденсатора 7 соединен с обшей точкой катодов тиристоров 3, другой вывод конденсатора 7 через дополнительный тиристор 8 и ограничительный резистор 9 соединен с управляющим электродом тиристора 3 тиристорно-диодной пары, кроме того, общая точка ограничительных резисторов 9 и дополнительного тиристора 8 соединена через включенные параллельно стабилитрон 10 и шунтирующий резистор 11 с общей точкой катодов тиристоров 3, а общая точка конденсатора 7 и дополнительного тиристора 8 соединена с катодом развязывающего диода 12. Дополнительные конденсаторы 6 одними выводами образуют общую точку с анодом развязывающего диода 12, а другими соединены с а)1одами тиристоров 3 соответствующих тиристорно- диодных пар. Параллельно цепочке из последовательно соединенных конденсатора 7 и развязывающего диода 12 подключен резистор 5.

Тиристорный ключ работает следующим образом.

К приходу очередного отпирающего импульса на дополнительный тиристор 8 конденсатор 7 и дополнительные конденсаторы б заряжены до напряжения, определяемого параметрами преобразовательной системы, в которую входит тиристорный ключ 1, и параметрами RC-цепочки с полярностью, указанной на чертеже.

Дополнительный тиристор 8 включается и происходит разряд конденсатора 7 по цепи: дополнительный тиристор 8, ограничительные резисторы 9, управляющие электроды тиристоров 3. При этом происходит формирование управляющих импульсов для тиристоров 3 с высокой крутизной фронта. Тиристоры 3 открываются, и через дроссели 2, предназначенные для коммутации и выравнивания токов тиристорно-диодных пар, и тиристоры 3 протекает положительная полуволна тока, определяемая параметрами преобразовательной системы. Одновременно происходит разряд конденсаторов 6 по

5

0

5

0

5

0

5

0

5

контуру: 6, 3, 5. Амплитуда тока разряда определяется сопротивлением резистора 5.

При приложении к зажимам тиристорно- го ключа 1 напряжения обратной полярности включается диод 4, формируя отрицательную полуволну тока. Во время работы диодов 4 к тиристорам 3 прикладывается отрицательное напряжение, равное прямому падению напряжения на диодах 4, и они восстанавливают свои управляющие свойства.

Наличие в силовой схеме тиристорного ключа 1 индуктивных элементов (дросселей 2), обуславливает в момент обрыва обратных токов диодов появление коммутационных перенапряжений.

Ограничение амплитуды импульса перенапряжения происходит за счет щунтиро- вания тиристорно-диодных пар защитными RC-цепо чками, а ограничение крутизны нарастания напряжения на тиристорно-диодных парах происходит за счет протекания обратного тока через резистор 5 и цепочку из развязывающего диода 12 и конденсатора 7. При этом в начальный момент возникновения импульса перенапряжения зарядный ток конденсатора 6 протекает через развязывающий диод 12 и конденсатор 7, что исключает возникновение начального скачка напряжения на дополнительном резисторе 5 и на выводах тиристорно-диодных пар. В момент, когда напряжение на конденсаторе 7 превысит падение напряжения на резисторе 5, развязывающий диод 12 закрывается и дальнейщий заряд конденсаторов 6 будет происходить через резистор 5. Поскольку наличие конденсатора 7 исключает наличие начального скачка напряжения, сопротивление резистора 5 может быть выбрано из условия апериодичности процесса демпфирования, это дает возможность снизить амплитуду напряжения на вентильной паре, возникающей при восстановлении напряжения на диоде 4. В свою очередь увеличение сопротивления резистора 5 снижает амплитуду разряда конденсаторов b по контуру с элементами 6, 3, 5 в момент отпирания тиристоров 3, что улучп ает их тепловой режим и снижает общее значение скорости нарастания прямого тока.

После окончания процесса заряда конденсатора 7 и дополнительных конденсаторов напряжение на них будет иметь полярность, указанную на чертеже, при этом закрытый развязывающий диод 12 предотвращает разряд конденсатора 7 через резистор 5.

С приходом очередного управляющего импульса на вход дополнительного тиристора 8 происходит его включение и разряд конденсатора 7 по контуру;-конденсатор 7- тиристор 8- резистор 9-управляющие электроды тиристоров 3- конденсатор 7, формируя управляющие импульсы тиристоров 3. При включении тиристоров 3 процессы повторяются.

Для стабилизации амплитуды управляющих импульсов, при изменении напряжения на конденсаторе 7 в процессе работы, в схеме использован стабилитрон 10 и шунтирующий резистор 11.

При включении дополнительного тиристора 8, стабилитрон 10 ограничивает уровень напряжения на конденсаторе 7, стабилизируя управляющие импульсы, а щунти- рующий резистор 11 уменьшает амплитуду тока через стабилитрон 10 до допустимого уровня.

Как следует из принципа действия ти- ристорного ключа 1, конденсатор 7 используется в основном как формирующий импульсы управления, дополнительные конденсаторы 6 с дополнительным резистором 5 используются для демпфирования перенапряжений. Поэтому емкость конденсатора 7 выбирается из условия обеспечения достаточных для включения тиристоров 3 управляющих импульсов по амплитуде и их длительности.

Величина емкости конденсаторов 6 выбирается из условия обеспечения демпфирования с требуемой скоростью нарастания напряжения на тиристорно-диодных парах. Схема тиристорного ключа позволяет ограничить крутизну нарастания и амплитуду импульса перенапряжения на тиристорно-диодных парах, а также использовать энергию перенапряжения, накслпленную конденсатором RC-цепочки для формирования управляющих импульсов, и тем самым повысить надежность работы.

Подк.:1ючение же общей точки конденсаторов защитных RC-цепочек к одному из выводов резистора этой цепочки, другой вывод которого связан с катодами тиристоров, позволяет значительно упростить схему, уменьшить габариты и применить эффективную систему теплоотвода энергии, рассеиваемой этим резистором.

Тиристорный ключ является законченным функциональным узлом вентильных преобразовательных систем, который совмещает ос

новные функции ключа с функциями защиты от перенапряжений и формирователя управляющих импульсов. Для высоковольтных преобразователей можно использовать последовательное соединение ключей.

В настоящее время создается опытно- промыщленный образец полупроводникового преобразователя частоты мощностью 250 кВт частотой 2400 Гц, ППЧ-250-2,4, с тиристор- ными ключами по данному изобретению.

Формула изобретения

5

0

0

5

0

Тиристорный ключ для преобразователя переменного тока, содержащий N параллельно соединенных ветвей из последовательно включенных дросселя и тиристорно-диодной пары, защунтированной RC-цепочкой, при этом один вывод конденсатора RC-цепочки соединен с общей точкой катодов тиристоров и анодов диодов тиристорно-диодной пары, другой вывод конденсатора через дополнительный тиристор и соответствующий ограничительный резистор соединен с управляющим электродом тиристора соответствующей тиристорно-диодной пары, кроме того 5 общая точка ограничительных резисторов и дополнительного тиристора соединена через включенные параллельно стабилитрон и щун- тирующий резистор с общей точкой катодов тиристоров тиристорно-диодных пар, а общая точка конденсатора и дополнительного тиристора соединена с катодом развязывающего диода, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет уменьшения амплитуды и скорости нарастания напряжения на тиристорах, введены дополнительный резистор и ;V дополнительных конденсаторов, причем дополнительные конденсаторы одними выводами образуют общую точку с анодом развязывающего диода, а другими соединены с анодами тиристоров соответствующих тиристорно-диодных пар, кроме того параллельно цепочке из последовательно соединенных конденсатора и развязывающего диода подключен дополнительный резистор.