Узел последовательной коммутации тиристора Советский патент 1989 года по МПК H02M1/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для искусственной конденсаторной коммутации тиристоров.

Цель изобретения - упрощение, снижение массогабаритных показателей устройства и повышение частоты повторения циклов коммутации с одновременным исключением подготовительного этапа работы.

На фиг.1 показано конструктивное выполнение обмотки-емкости;на фиг.2 и 3 - электрические схемы узла цо- следовательной коммутации тиристора.

Обмотка-емкость (коммутирующий конденсатор) 1 по фиг.1 выполнена в виде кольцевой ленточной обмотки из двух электропроводящих пластин

2и 3 с диэлектриком 4 между ними. Концы электропрводящих пластин снабжены выводами 5-8.

Схема узла коммутации (фиг.2) содержит силовой тиристор 9, подключенный катодом к выходному выводу, коммутирующий конденсатор, выполненный в виде обмотки-емкости 1 (пластины обмотки-емкости 2 и 3 показаны незакрученными в спираль). Первая пластина 2 обмотки-емкости включена последовательно с силовым тиристором 9 началом (вывод) 5 к входному выводу, а концом (вывод) 7 - к аноду силового тиристора 9. Вывод 7 от конца первой пластины 2 соединен с выводом 6 от начала второй пластины

3через первый коммутирующий тиристор 10. Вывод 8 от конца второй пластины соединен с общим выводом схемы через второй коммутирующий тиристор 11. Шунтирующий циод 12 включен между выходным и общим выводами схемы.

На фиг.2 дополнительно показаны источник 13 постоянного напряжения и нагрузка 14 (например, активно-индуктивная) , которые совместно с описываемым узлом коммутации образуют простейший прерыватель постоянного тока, на примере которого поясним принцип действия узла коммутации.

На фиг.З показана схема коммутации, в которой по сравнению со схемой узла на фиг.2 изменена точка подключения катода второго коммутирующего тиристора 11. Катод тиристора 11 подключен к входному выводу

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим принцип действия узла коммутации, показанного на фиг.2. Допустим, обмотка-емкость 1 заряжена до напряжения, превышающего напряжение источника 13 питания,- потенциал первой пластины 2 положителен относительно потенциала второй пластины 3. Включая тиристор 9, создаем связь источника 13 питания с нагрузкой 14 и по цепи источник питания 13 - пластина 2 - тиристор 9 - нагрузка 14 - источник 13 питания протекает ток. В магнитном поле обмотки-емкости 1, создаваемом током нагрузки 14, протекающим по пластине 2, запасается некоторая энергия. При необходимости отключить нагрузку 14 от источника 13 питания включают тиристор 10. Выводы от начал Пластин обмотки-емкости 5 и 6 ока- .зьшаются включенными последователь- но с источнике 13 питания в цепь силового тиристора 9. Напряжение на этих выводах (зажимах) эквивалентно напряжению конденсатора, поэтому включение тиристора 10 равносильно подключению в цепь силового тиристора заряженного конденсатора. Поскольку напряжение на выводах 5 и 6 больше напряжения источника

13 питания, открывается диод 12 и к тиристору 9 прикладывается отрицательное напряжение, равное разности напряжения обмотки-емкости 1 и источника 13 питания. Тиристор 9

выключается. Ток нагрузки 14 замь1- кается по диоду 12. Ток пластины 2 замы1 :ается через тиристор 10, перезаряжая обмотку-емкость, причем процесс перезаряда аналогичен процессам в последовательном колебательном контуре, поскольку в схему включены выводы от начала одной и конца другой пластины, и заканчивается при переходе тока через ноль. На- .

пряжение на обкЛадках обмотки-емкости сменяет знак, потенциал второй пластины 3 становится положительным по отношению к потенциалу первой ш:астины 2. Энергия, запасенная в

электростатическом поле обмотки-емкости, оказывается равной энергии ее до коммутации плюс энергия магнитного поля, создаваемого током нагрузки, протекающим по первой

3

за вычетом тепловых поЙ57109

10

пластине терь.

Вновь включают тиристор 9 и соединяют нагрузку 14 с источником 13 питания. При необходимости отключения включают тиристор 11. Напряжение на выводах 7 и 8 обмотки-е}1кости также эквивалентно напряжению конденсатора и включение тиристора 11 равносильно подключению заряженного конденсатора к тиристору 9 через диод 12. Знак этого напряжения отрицателен по отношению к тиристору 9 и он выключается. Ток нагрузки 14 замыкается по диоду 12. Ток пластины .2 замыкается через тиристор 11 и источник 13 питания, перезаряжая обмотку-емкость.

При переходе тока через ноль (об- 2п мотка-емкость ведет себя как последовательный колебательный контур) тиристор 11 выключается. Обмотка-емкость оказывается заряженной в поляр,, V.n. iiniciniiH, иа него не поступает

ности, принятой в начале рассмотрения 25 энергия в пе;езарядный контор э|- принципа действия. Следующая коммута- фркт пягт.;,х. Г. г. ция осуществляется включением тири- ение III «ьшается, напря- стора 10 и т.д. Первоначальньй заряд тиристорах становится мень- обмотки-емкости 1 (перед началом работы узла, сразу после подключения источника 13 питания) осуществляется включением тиристора 11. При этом Обмотка-емкость заряжается до цапря- жения, вдвое превышающего напряжение источника 13 питания (как в колебательном контуре).

При перезаряде обмотки-емкости после включения тиристора 11, во время коммутации, ток перезаряда течет через источник 13 питания, совпадая с направлением его ЭДС. Это значит, что обмотка-емкость приобретает дополнительную энергию от источника 13 питания, что приводит к раскачке напряжения на пластинах. Уровен ь этого напряжения стабилизируется, .когда потери на тепло в контуре переза- ряда сравняются с энергией, потребляложительный потенциал, вторая пласт на 3 - отрицательный. Коммутация силового тиристора 9 производится включением тиристора 10 и протекает так, как в устройдтве по фиг.2. Обмотка-емкость перезаряжается и вторая пластина 3 приобретает положи- тельный потенциал. След пощая коммутация производится включением тиристора Г1, при этом, в цепь силового тиристора 9 подключаются вьшо- ды 7 и 8 обмотки-емкости (равносил но подключению заряженного конден- 15 сатора). Тиристор 9 выключается.

Далее происходят перезаряд обмотки- емкости через открытый тиристор 11 и смена знака напряжения на пластинах. Таким образом, коммутация силового тиристора 9 осуществляется поперемен ньм включением тиристоров 10 и 11. Перезаряд обмотки-емкости во время коммутации происходит помимо источника питания, из него не поступает

30

ше.

Цикл работы обеих схем узла коммутации состоит из одного этапа - рабочего (собственно кoм fyтaции) , и не имеет дополнительного этапа подготовки коммутирующего конденсатора к очередному выключению сило- 2с вого тиристора.

Формула изобретения

40

45

емой от источника питания 13 и энергией, запасаемой в магнитном поле от тока нагрузки. Схема узла коммутации по фиг.З позволяет ослабить раскачку напряжения и уменьшить класс тиристоров коммутационного узла. Первоначально обмотка-емкость может быть заряжена любым из известных способов, например от дополнительного маломощного источника питания. Допустим, первая пластина 2 Получила по50

55

Узел последовательной коммутации тиристора, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и нагрузки,силовой тиристор, подключенный катодом к выходному выводу, шунтирующий диод, подключенный катодом к выходному выводу, а анодом - к общему выводу, емкостный коммутирующий элемент и коммутирующие тиристоры, отличающийся тем, что, с целью упрощения, снижения массогабаритных показателей и увеличения частоты повторения циклов коммутации с одновременным исключением подготовительного этапа работы, емкостный коммутирующий элемент вьтолнен в виде обмотки-емкости, представляющей собой кольцевую ленточную обмотку из двух электропроводящих пластин с дизлекЙ57109

0

п

n. iiniciniiH, иа него не поступает

5 энергия в пе;езарядный контор э|- фркт пягт.;,х. Г. г. ение III «ьшается, напря- тиристорах становится мень-

ложительный потенциал, вторая пластина 3 - отрицательный. Коммутация силового тиристора 9 производится включением тиристора 10 и протекает так, как в устройдтве по фиг.2. Обмотка-емкость перезаряжается и вторая пластина 3 приобретает положи- тельный потенциал. След пощая коммутация производится включением тиристора Г1, при этом, в цепь силового тиристора 9 подключаются вьшо- ды 7 и 8 обмотки-емкости (равносильно подключению заряженного конден- 5 сатора). Тиристор 9 выключается.

Далее происходят перезаряд обмотки- емкости через открытый тиристор 11 и смена знака напряжения на пластинах. Таким образом, коммутация силового тиристора 9 осуществляется поперемен- ньм включением тиристоров 10 и 11. Перезаряд обмотки-емкости во время коммутации происходит помимо источника питания, из него не поступает

25 энергия в пе;езарядный контор э|- фркт пягт.;,х. Г. г. ение III «ьшается, напря- тиристорах становится мень-

30

ше.

Цикл работы обеих схем узла коммутации состоит из одного этапа - рабочего (собственно кoм fyтaции) , и не имеет дополнительного этапа подготовки коммутирующего конденсатора к очередному выключению сило- 2с вого тиристора.

Формула изобретения

40

5

0

5

Узел последовательной коммутации тиристора, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и нагрузки,силовой тиристор, подключенный катодом к выходному выводу, шунтирующий диод, подключенный катодом к выходному выводу, а анодом - к общему выводу, емкостный коммутирующий элемент и коммутирующие тиристоры, отличающийся тем, что, с целью упрощения, снижения массогабаритных показателей и увеличения частоты повторения циклов коммутации с одновременным исключением подготовительного этапа работы, емкостный коммутирующий элемент вьтолнен в виде обмотки-емкости, представляющей собой кольцевую ленточную обмотку из двух электропроводящих пластин с дизлек8

/

сриг.1

Изобретение относится к области электротехники и может быть использова-, но в преобразователях с искусственной конденсаторной коммутацией тиристоров. Цель изобретения - упрощение и снижение массогабаритных показателей и увеличение частоты повторения циклов коммутации с одновременным исключением подготовительного этапа работы. Устройство содержит коммутирующий конденсатор 1, выполненный в виде кольцевой ленточной обмотки из двух электропроводящих пластин 2 и 3 с диэлектриком 4 между ними. Пластины 2 и 3 снабжены выводами 5, 6, 7 и 8. Пластина 2 соединена последовательно с тиристором 9, причем вьшод 7 этой пластины через тиристор 10 соединен с вьшодом 6 пластины 3, а вывод 5 соединен с выводом 1 для подключения источника питания 13 и через тиристор 11 с выводом 8 пластины 3. Включение тиристора 10 равносильно подключению в цепь тиристора 9 заряженного конденсатора. Коммутация тиристора 9 осуществляется попеременным включением тиристоров 10, 11. Во время коммутации перезарядка конденсатора происходит помимо источника питания, из которого .не поступает энергия в перезарядный контур. Это уменьшает раскачку напряжения на пластинах конденсатора, а также уменьщает напряжение на тиристорах. Цикл работы узла коммутации включает только рабочий этап и не имеет подготовительного этапа перед очередным включением тиристора 9. 3 ил. S сл ел ч со

Z 3 4