Устройство для управления @ последовательно соединенными тиристорами Советский патент 1992 года по МПК H02M1/08 

Нэобретепие относится к преобра- зовг1тельной текинке и может быть использовано в электрофизических н про №Л11шенных установках для коммутации злектрнческмх цепей в БЫСОКОВОЛЬТНЫХ генераторах импульсов,

Целью изобретепип является обес печение работы с низкой частотой зклйченнЯа

На фиг о 1 приведена схема уст ройртва для управления тиристорами 1Г Ьиг. 2 - временные диаграммы, по- 1сн1яющие работу устройства,

(Устройство-по фиг. содержит п последовательно,соединенных THPHC;. Is блоки ЗЭШИТЫ 2j КЗЖДЫЙ ИЗ

которых подключен параллельно одному из тнрнсторОЕ 1 и содержнт резистор 3 ко1;денсатор 4, соединенный первой обкладкой с катодом соответ- стгрующего тиристора 1, лавиннь й диод 55 подключенный катодом .к второй обкладке конденсатора 4, дополпитель- TSi.ni диод 6, нодключениый анодом к апЬду соотБстствуюоаего основного тиристора 1 и катодом - к второй обкладке конденсатора А, дополнительный тиристор 7, который анодом под- - .лючен .к аноду лавинного диода 5 и катодом - к резистору 3, причем другой вывод резистора 3 соединен с пер пой обкладкой конденсатора 4, Управ ,ие электроды тиристоров I соединены с вьг/содом согласующих элемен- тсаз 8, входы которых подключены к вьЬсоду генератора 9 импульсов упрадЛс1Н11Я ,

Управлягопд ие электроды тиристоров. 7 ;соединены с выходами соответству- loEUiK согласу 01цих элементов 0j вхо- дь которых, подключены к выходу итратора 1 1-;м11ульсов управления, К эндеисатор 4 предназначен для у115еяьшен11Я скорости нарастания на- п;ря;кен}Ш. U; ,яц, на тиристоре с малым током утечки,

Емкость С конденсатора выбирается такой, что напряжение U .на за- щ|-щаемом тиристоре 1 успевает нарасти от напряжения, равного напряжению хшвинообразования дибда 5, до напряжения, пе превь ша ощего предельно до

иустнмое напряжение И мого тиристора

.iSiiL e).;

пред

защищаеС --.р т, i,Jyi№ii5eh:ER,; Т .

L I: in,-,, КU,

L - npsA,

где Е - напряжение, приложенное к

цепи из последовательно соединенных тиристоров 1; R - сопротивление в закрытом

состопнии тиристора 1 с малым током утечки 5 RJ. - суммарное сопротивление в закрытом состоянии остальных тиристоров 1 блока. Лавинный диод 5 предназначен для того5 чтобы ограничить разряд кон- де18сатора А на уровне напряжения U и Напряжение ид выбирается близким к сред1 ему напряжению Ujp , приложенному к одному тиристору 1

Е

У. S Ucp

п

(2)

где U количество последонательнО соединенных тиристоров 1,

Резис-тор 3 предназначен для уменьшения пиковой мощности обратных потерь на лавинном диоде 5. Сопротивление R резистора 3 выбирается следующим образом:

р .- Уд1У. Р.

(3)

где Pi - допустимая импульсная мощft

ность обратных потерь на

диоде 5 при соответствующей скважности импульсов тока через диод.

Устройство для управления тиристорами работает следующим образом.

Устройство используется в качестве ключевого элемента для преобразо- напия электрической энергии.

0

5

0

В момент tjj (фиг. 2) к цепи из последовательно включенньгх тиристоров 1 прикладьшается прямое напря- ,)кение Е,

До момента Т прихода на управляющие электроды тиристоров 1 отпирающих импульсов от генератора 9 через согласующие элементы 8 тиристоры I находятся закрытом состоянии и удерживают приложенное к ним напряжение. Если генератор 11 импульсов не генерирует импульсы, то напряжение Е распределяется между тиристорами 1 неравномерно

йследствие разброса токов утечки тиристоров I часть их окажется под большим напряжением и,j, (фиг, 2аУ, а часть - под меньшим напряжением

и,

ллйИ.

(фиг, 26).

Если приложенное к тиристору напряжение превышает максимально допустимый уровень, тиристор выйдет из строя. Во избежание этого производится принудительное выравнивание напряжения между последовательно включенными -тиристорами I, Для этого в мо- меит t генератор I1 импульсов начинает генерировать импульсы с перио- дом следования С, причем момент t может и пр.едгаествовать моменту tg,

После включения в момент t, тиристора 7 напряжение заряда конденсатора 4 прикладывается к лавинному дио- ду 5, и если это напряжение превышает напряжение Цд лавинообразования диода 5, то диод выходит ня лавину и пропускает импульс тока i разряда конденсатора (фиг. 2в). Мощность об- ратных потерь на лавинном диоде ограничивается резистором 3, В момент t,, когда (. спадает до ид, ток разрядки конденсатора становится.меньше тока удержания тиристора 7, кото- рый вследствие этого закрываетс я. Одновременно с разрядкой тех конденсаторов i, напряжение .на которых превьпиало 11/, на интервале времени t, - t происходит дозарядка тех кон денсаторов 4, напряжение U, , кото

W W Ц

рых меньше Уд.

Поэтому в момент t. сумма напряжений на всех конденсаторах А равна приложенному к цепи последовательно соединенных тиристороп напряжению Е.

С момента времени Lj напряжение моке взрастает по закону

. --R,R,

вя, ,..,|I|.

J 40

W

Необходимо отметить, что зарядка конденсаторов происходит током утечки тиристоров 1, поэтому она не приводит к дополнительным потерям энергии. Напряжение момента t делится между закрытым тиристором 7 и лавинным диодом 5, который вследствие этого уже не находится на ла

вине, а поэтому не перегревается.

В момент tj напряжение конденсаторе А, емкость которого выбрана в соответствии с выражением (1), достигает уровня, меньшего предельно допустимого напряжения тиристора 1 (фиг. 2а). Напряжение U 4,„ к моменту, tj несколько уменьшается вследст- ви(е утечки через последовательно вклю

Q

5 0 5 Q

0

5

0

ченные лавитп пый диод 5 и тиристор 7 (фиг. 26), Утечке напряжения и. через тиристор 1 препятствует диод 6, обладающий значительным сопротивлением в обратном направлении. В-момент t. ге(ератор I I, генерирующий импульсы с периодом Г, выдает очередной импульс, поступающий на элементы 10, с выхода которых -импульс проходит на управляющие электроды тиристоров 7, которые открываются. На интервале напряжение ,((. вновь уменьтпается до U;, , а напряжение и j,j, возрастает на ве.пичину, компенсирующую утечку напряжения эа время прошедшее с момента t,

Так как утечка незначительна, .то затраты энергии на ез компенсац1-1Ю малы. Такие циклы выравнивания напряжения повторяются с периодом с до момента Т, когда от генератора 9 через элементы 8 поступают импульсы на управляющие электродь тиристоров I, Тиристоры включаются. Ко 1денса- торы 4 ограничивают скорость нарастания напряжения на тиристорах I, включающихся позже остальных вследствие разброса характеристик. Затем тиристоры I закрываются, например вследствие уь(еньгаения тока через них до уровня, меньшего тока улержания. В момент време} и tg. к последовятель- ной цепи тири сторор I внояь прикладывается напряжение Е и рабочий цикл повторяется.

Таким образом, блоки защиты 2 . длительно выравнивают напряжение между послеповательно соединенными тиристорами 1 и ограничивают скорость нарастания напряжения на них в переходных режимах. При включении тиристоров I с низкой частотой - от однократных импульсов до десятков герц, работа всех элементой устройства точно регламентируется.

Лавинные диоды работают в импульсном режиме с большой ( 100) скважностью и с допустимой пнковой мош- ностью обратных потерь, В таком режиме лавинные диоды способны работать длительное время. Этим обеспечивается надежная работа устройства блока в диапазо не низких частот. Потери энергии на выравнивание напряжения между последовательно -соединенными тиристорами 1 малы, так как определяются лишь энергией, идущей

5U

на компенсацию незначительной утечки

иапряжбнил ,„ц кокдеисаторов А,

ч ормула изобретения Устройство для управления п последовательно соединенными тиристорами, содержащее генератор импульсов управ ,г)ения, выход которого предназначен дпя соединения с управляющими элек- 1|родами тиристоров, п конденсаторов, г ервая обкладка каждого из которых Г |редназкачена для подключения к ка- 1|оду соответствующего тиристора, а вторая соединена с катодом соответ- С твуютего лавинного диода и п. резис- tjopOB, отличающеес я тем, что, с целью обеспечения работы с Йизкой частотой включения, введены п

s

дополнительных диодов, п дополнительных тиристоров и генератор импульсов управления дополнительными тиристорами, выход которого предназначен для соединения с управляющими электродами дополнительных тиристоров, анод каждого из которых, соединен с анодом соответствующего лавинно О диода, а катод соединен также с одним выводом соответствуклцего резистора, другой вывод которого соединен с первой обкладкой конденсатора, точка соединения второй обкладки конденсатора и катода лавинного диода соединена с катодом соответствующего дополнительного диода, анод которого предназначен дпя подключения к аноду соответствующего тиристора.

Фиг. 2

Изобретение относится к пре- образовательыой технике и может быть использовано в электрофизических и промьшшанных установках для коммутации электрических цепей в высоковольтных генераторах импульсов. Целью изобретения является обеспечение работы с низкой частотой включения. Подключение параллельно каждому тиристору 1 блока защиты 2, содержащего дополнительный диод 6, конденсатор 4 и подсоединеннуго параллельно конденсатору 4 цепочку из лйвинного диода 5, дополнительного тиристора 7 и резистора 3, обеспечивает ограничение длительно приложек- ного к тиристору Г напряжения на уровне, не превышающем допустимого. При этом лавинный диод 5, через который период| чески с помощью дополнительного тиристора 7 сбрасьгоается избыточное напряжение заряда конденсатора 4, работает в импульсном режиме с большой скважностью, Точная регламентация такого режима работы лавинного диода 5 обеспечивает его надежную работу и тем самым надеткную работу всего-устройства в области низких частот. Потери энергии при работе малы, так как энергия расходуется лишь на компенсацию незначительной (вследствие введения дополнительного диода 6) утечки напряжения заряда конденсаторов 4, подключенных параллельно тиристорам 1 с наибольшим током утечки. 2 ил. а ш Ькз4