Способ распределения тока между параллельно включенными вентилями статического преобразователя Советский патент 1989 года по МПК H02M1/08 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для выравнивания температур полупроводниковых- структур параллельно включенных вентилей статического преобразователя.

Цель изобретения - расгаирение области применения способа путем использования его для преобразователей с произвольным токораспределением между параллельно включенными и одновременно работающими вентилями и повышение надежности преобразователя.

На фиг.1 приведена блок-схема,реа- лизующая предлагаемьй способ распре- деления тока между четырьмя параллельно включенными вентилями статического преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы импу.чьсов управления, подаваемых к вентилям в течение одного цикла работы блок- схемы.

Блок-схема содержит включенные параллельно управляемые пентпли 1о..4, входя1 1ие в преобразователь 5. Устройство содержит также 1-)1: гочник

О

О

со

6 импульсов управлеьшя, выход которого через коммутаторы 7...10 подключен соответственно к управляющим входам вентилей 1...А, блок 11,фор- , миругощий импульсы напряжения,следующее с частотой импульсов управления источника 6 и отстающие от них на время, равное длительности последних, счетчик 12 импульсов и1

дешифратор 13, При этом счетный вход счетчика 12 через блок 11 подключен к выходу источника 6, выход счетчика 12 подключен к управляющим входам коммутаторов 7,..10 и через 15 дешифратор 13 - к обнуляющему входу счетчика 12, Каждый коммутатор 7.,, 10 содерзкит yпpaвляe {ый ключ 14, дешифраторы 15 и 16 и триггер 17, выполненный на двух логических эле- 20 ментах ИЛИ-НЕ. При этом управляющий вход ком 5утатора 10 одновременно является входом децифраторов 15 и 16, выходы которых соответственно подключены к первому и второму ин- 25 ормационньм входам триггера 17, выход которого подключен к управляющему входу ключа 14. Выход и вход ключа 14 является одновременно выходом и входом коммутатора 10, В па- 30 мяти дешифратора 13 записано число 50. В дешифраторе 15 соответственно коммутатора 7 записаны числа 3,8,11, 13,18,23,25,28,36,42,48,50; коммутатора 8 - число 51, коммутатора 9 - or тасла 2,5,7,10,12,15,20,22,25,27,- 30,32,34,38,40,44,46,49,- коммутатора 10 - числа 1,4,6,9,14,16,19,21, 24,26,29,31,33,37,39,41,43,45,47. В е11шф{)аторе 16 соответственно ком- дО мутатора 7 записаны числа 1,4,9,12, 14,19,24,26,29,38,43,49} ком гутато- а 8 - число 50, коммутатора 9 - числа 1,3,6,В, 11,13,18,21,23,26,28, 31,33,36,39,41,45,47j коммутатора 10 - числа 2,5,7,12,15,17,20,23,25, 27,30,32,36,38,40,42,44,46,50.Числа, записанные в памяти дешифраторов, определяют моменты наступления и длительности пауз между сериями импуль50

сов управления, подаваемых к вентилям 1 ... 4.

Указанные моменты и длительности определены в соответствии, со спосо- бом. Для этого в каждом из вентилей 1...4 типа Т253-1000 при токе преобразователя 5 I j 2000 А и их одновременной работе (п,4, m i{o)

(,2,3,4) измерены средние за период Т изменет1я напряжения сети, питающей преобразователь, (0,02 с) моо(ности потерь 545 Вт, Pj(,, 360 Вт, РЗ«,| 760 Вт,Р4(о, 920 Вт. Полагая число

п, п-1 4-1 3, вычислено число

k п - п 4-3 1. При токе преобразователя 5, равном п 4

n-k 4-1

2000 2667 (А),

в каждом вентиле 1 .. .4 при их одновременной работе измерены средние за указанный период мощности потерь Р,(„ 810 Вт, Р(„ 552 Вт,Р 3,; 1050 Вт, Р (,j 1300 Вт.

Б порядке убывания мощностей потерь Р i (i) вентилям 1 .. .4 присвоены номера i соответственно 3,4,2,1.

По выражению

РМНН (о|

р.

Ы

при Р . 360 Вт вычислены отно МММ (01сгп

щения чисел т ,(,, ; N 0,. : : N 0,619; п j,, : N 0, , : : N 1 .

Вычислено число

В

1- С

m Jcoi

m,- (i)

0 fr, NN

(1 - 0,569) + (1 - 0,619) + + (1 - 0,772) + (1-1) 1,04 1 Из неравенства

m r (.1) ,

-

определяют наибольшее целое число 1(. 2, при котором оно удовлетворяется .

Для вентиля с номером

.) 1 , ринимают 1П)0| га 3(0)

+

N

N

1

и. N

m Но)

-1 1 + (1 - 0,569) + (1 -0,619) - 1 0,812.

51

вентиля с номером i 4) принимают

m 4(1) ш 4(0/ .

N

N

Подагают число

k,k4.l и принимают число

n, n-k 4-2 2.

При токе преобразователя 5, равном 1,, 2000 4000 (А),

в каждом вентиле 1 . . .4 при их одновременной работе (с учетом их новой нумерации) измерены средние за период Т мощности потерь Р ,(i) 2210 Вт, Рги) 1820 Вт, РЗ(,| 1410 Вт, Р (а) 966 Вт. Ввиду отсутствия необходимости перенумераци вентилей не осуществляется. По выражению

m 1 ii

N

(1 PUD

Р i ni

)

MUH (il

P,- (11

676916

Из условия обеспечения требуемой погрешности с/(%) при реализации отношения т,. : N, вызванной округлением числа mi с точностью 0,5, число N рассчитывается по формуле

N .

cf Оно определяет общий период блок-схе10

мы.

Осуществляется К этапов по определению распределения по времени mi из N формируемых импульсов управления .

На J-M этапе (j 1, 2...К)

для

i-ro вентиля определяют число т ,-(j) как ближайшее целое к числу

20

mi (i)

.N

N

и при т ,j. вычисляют число К.,,., .как целую часть числа

m i (J)

™ ; ii- l ||

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для выравнивания температур полупроводниковых структур параллельно включенных вентилей статического преобразователя. Цель изобретения - расширение области применения и повышение надежности преобразователя. Повышение степени выравнивания температур полупроводниковых структур параллельно включенных вентилей (ПВВ) осу1чествляется путем подачи к каждому ПВВ т (i - номер ПВВ) из каждых очередных N формируемых импульсов управления (ИУ) . При этом числа m и N выбираются из соотношения т. : N Aj, где А- определяется средними за период следования ИУ мощностями потерь в ПВВ, измеренными при определенных значениях тока преобразователя. Причем ИУ подают одновременно не менее, чем к заданному числу ПВВ, каждые т. импульсов подают сериями, разделенными паузами. Как числа ИУ в сериях, так и длительности пауз наиболее близки друг к другу. 2 ил. О ел

при P „uH () - - - вычислены отношения чисел n

|(г)

: N 0,48-,m

1 (1)

:N 0,57i mj(5,:N 0,73;r.i 4(, : : N-1, ,

Вычислено число

НС

i :1

mui N

- ) (0,57 -0,48) + (0,62 - 0,57) + (0,77 -0,73) + (1 - 1)0,2 O,

.выбраны отношения чисел m ,: N m ,(., : N 0,484; m .; : N m ,(, : : N 0,565j m j : N n j,: N 0,737; Fi 4 : N ,, : N 1 соответственно для тиристоров 4,3,2,1. Для полученных отношений чисел

.га . и N можно предложить несколько вариантов распределения во времени импульсов управления каждого вентиля 1...4 и отдельных вентилей друг

относительно друга, которые будут удовлетворять условиям способа.Однако отмеченная неоднозначность не .затрагивает существа способа, несущественно сказывается на величине положительного эффекта и поэтому при реализации способа принят вариант алгоритма вычисления искомых параметров, который сводится к выполнению следующих операций.

Вычисляют число серий с (К ( + 1) импульсами управления, подаваемых к i-му вентилю за общий период работы блок-схемы, по выражению

У; (п П1 i j1 - (m ,4j-,) 35

- m i j, ) К j j)

и число серий с К , импульсами уп- равления по выражению

X

( (П ( t (i

ij 1I M

Указанные выражения пол чены при реализации условий способа - казкдые m . импульсов управления подают к вентилю сериями, разделенными паузами - как числа импульсов в сериях, так

и длительности пауз наиболее близким друг другу. В данном случае длительность пауз принята равной про- должительности периода следования импульсов управления.

Считая совпадающими первый импульс управления из числа N, формируемый на общем периоде работы блок- схемы, с первым и пульсом управления серии, содержащей K;) импульсов управления, полагают для i-ro вентиля поступление импульсов управления в виде чередующихся серий соответственно с К ,(,, и (K;(j) + 1) импульсами управления в каждой. При

ufJ y i) некоторой завершающейm з п) Д ss fif

части общего периода работы блок-m ,, - m., , 50-41 id)

5(С)Э1.Ч

схемы к вентилю поступают серии кмпульсов управления числом К,.., ли- Вьиисляют числа серий с (К ((, -f 1)

бо (К « 1)импульсами .управления

Если после выполнения j-ro этапа

определения распределения импульсов П) (т ,(0) -шц,, )К i(,,управления на каком то периоде Т им- 28- (50-28), 1 6,

пульсы управления поступают менееjg

чем к (n-j) вентилям, то у менее ч ) KI(,,

груженного по мощности Р,(м .вентиля 31 - (50-31)-1 12,

паузу между соседними сериями импульсов управления, приходящуюся на этот ЗО) ™ ш зы -га з11))Кэо) период, заполняют импульсом управле- 15 41 - (50-41)-4 5, ния, например, из следующей за ней и числа серий с К ,, импульсами уп- серии. Указанную процедуру осущест- равления вляют, переходя от наиболее нагру-

женных к менее нагруженным по мощ- -(1 по J.(- У км - ЬО 2 -Ьности вентилям. Тем самым по завер- 20

шении К-го этапа распределения им-X ,,, m (oi - m ,(,т - у го) 50-31-1 2-7,

пульсов утгоавления обеспечивается ус- „, /. /

X,,,. т,.. -т,,,,. - у ,,(1) 150-41-5 4.

ловие способа, при котором одновре-

менно импульсы управления будут пос-Второй этап распределения ().

тупать не менее чем к п параллельным 25 Определяют числа m ; , как ближайщие вентилям.целые к числам

Испопьзование приведенного выше N 0,484-50 24,2 (т i(i) 24),

алгоритма для условий примера реали-|

зации способа приводит к следующим30 EJioi д 565-50 28,25 (m(-j, 28), результатам.

При требуемой погрешности cf 1%mi,(i)

число N 0,737-50 36,85 (п,(„ 37)

Т,2Цт,50, 35 1-50 50 (т.,„ 50)

Осуществляется этапа определения распределения по времени импуль-и числа К ,-(, как целые части чисел сов управления.

Первый этап распределения (j 1).nij aj (К ц, 6)

Определяют числа и ,, как ближайшие ™ км -™i(ii 28-24

целые к числамmtii)28 Q „ ri. - оч

0,569-50 28,45 (m 28), .mi.(ti 37

тгы - - ...« «. , o,N 45 m ь{,1 - ni з(я 1-37

OtiiJ M, n ..п -70 /..; (1

1 (у Q

pj41-37 - У - (г(

N 0,619-50 30,95 (m,,, 31), -

иВычисляют числа серий с (.К ({,+1

импульсами управления 2А1±н 0,812.50 40,6 (т,„ 41),у ,,, ш ,(„ - (ш ,о, - т.(., ) К ,.,

m ,.50 24 - (28-24) ,

1-50(1П4,„ 50), 50

у УН - 1(.г} - (т (,) - m 7(11 ; Кт(5)

и числа как целые части чисел 28 - (31-28) ,

тки- ,. Укг, Ш (м. Ж м.1

.ЧМ ,, - Ь27(К,(„

m 21-11 31 . f. i (у ..-пи числа серий с К-,,,, импульсами уп сп-71 - ) у (в| (11 ju-jiравления

1 1(2) - У (-zi 28-24 31-28-1

41-37-1

14

Х,(2) 1 1,1,

,

X 2(г| m кт) -т (QI - v

2,

Иг) 3(1) 1 зс) У 3(7)

Г

С учетом вычисленных параметров

,и предлагаемого алгоритма определено распределение во времени за период работы блок-схемы поступающих к вентилям 1...4 импульсов управления,которое и приведено на фиг.2.

Блок-схема работает следующим образом.

Формируясь в источнике 6, импульсы управления периодически (с периодом Т) через ключ 14 коммутаторов 7...10 поступают на управляющие входы соответственно вентилей 1...4, отпирая их. Одновременно эти импуль- сы запускают блок 11, который формирует сдвинутые относительно импульсов управления на время, равное длительности последних, импульсы напря- жения, поступающие на счетный вход счетчика 12. По достижении числа поступаюпщх в счетчик 12 импульсов 50 на выходе дешифратора 13 формируется импульс, обнуляющий показания счетчика 12. На этом заканчивается цикл работы схемы и начинается следующий, аналогичный предьиущему.Кро- t

ме того, по достижении числа поступивших в счетчик 12 импульсов чисел, записанных в дешифраторах 15 и 16 коммутатора 7...10, на выходах эткх дешифраторов формируются импульсы, меняющие состояние триггеров 17 этих коммутаторов. Триггеры меняют состояние ключей 14 с открытого на закрытое и обратно. В результате за цикл работы схемы (50 периодов Т) к вентилю 1 подается 37 импульсов управления (диаграмма 18), к вентилю 2-50 импульсов (диаграмма 19), к вентилю 3-28 импульсов (диаграмма 20) и к вентилю 4-24 импульса.(диаграмма 21). При этом одновременно импульсы управления подаются не менее чем к двум вентилям, числа импульсов в сериях и длительности пауз близки друг к другу.

В результате работы блок-схемы устанавливается режим, при котором значения мощностей потерь вентилей 1,..4 за цикл работы этой блок-схемы составляют соответственно 659, 635, 633, 660 Вт, т.е. осуществляется их

0

5

0

691

5

0

5

10

су1цественное вьгравиинпиие в сравнении с мощностями Р;;о|.

Применение известного способа требует использования иг5меренных при одновременной работе за период Т токов вентилей 1...4, которые для рассмотренного примера имеют значения соответственно 410, 275, 590, 725 А. Из анализа значений токов следует,что отклонение минимального тока вентиля 2 от среднеарифметического значения этих токов составляет 45% и превышает допустимую для реализации способа ваоичину - 33%. Если не учитывать условия этого способа, чтобы одновременно работало не менее п-1 4-1 3 вентилей, но в соответствии с tmM распределить во вре- мени импульсы управления при N 50, то средние за цикл работы блок-схемы мощности потерь вентилей 1. . .4 составят соответственно 617, 593, 707, 701 Вт. Так как отличие друг от друга мощностей потерь вентилей 1...4 при реализации предлагаемого способа значительно меньше, чем при известном, то и степень выравнивания температур их полупроводниковых структур более высокая.

Применение предлагаемого способа приведет к увеличению срока службы преобразователя либо позволит уменьшить необходимое число параллельно включенных вентилей в нем.

Формула изобретения

Способ распределения тока между I параллельно включенными вентилями

статического преобразователя, заключающийся в том, что формируют сле- -с периодом изменения напряжения сети, питающей преобразователь, импульсы управления вентилями, подают на каждый вентиль т (i - номер вен-, тиля) импульсов из казвдьгх очередньк N импульсов управления, при этом импульсы управления подают одновременно не менее чем к заданному числу п, параллельных вентилей, каждые т импульсов управления подают к вентилю сериями, разделенными паузами, о т- личающийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения надежности, в ка){«ом из п параллельно включениь к и одновременно работающих вентилей, где п 1 п, an ,./01 N 1, при заданном

токе преобразователя измеряют среднюю за указанньш период мощность потерь Р;(в) полагая число

п 1 п - 1 ,

вычисляют число k по выражению .k п - п ,,

при токе преобразователя, превышающем заданный в число раз, определяемое по выражению

п/(п - k) ,

и при одновременной работе п вентилей измеряют в каждом вентиле среднюю за указанные период мощность потерь Р i () перенумеровывают вентили в порядке убывания их мощностей потерь Р; (1 , вьгаисляют отношение чисел m j (,,и N по выражению

HLiUidi ft т

Р i(V-4

Р i (v;

Р WUH (.V-l)

Pi Ik)

где P цй(1.|) - наименьшая из мощностей Р)(,.,, ,ВЫЧИСЛЯЮТ число В (

по выражению

(V)

S / ) HLilii

XT-

N

если число В ) 1, то числа m и N выбирают из соотношения

mi N

в противном случае определяют наибольшее число 1(|. при котором удовлетворяется неравенство

4- /mjj kjj m,t| г- N

10

для вентиля с номером V) определяемым из выражения

1 (k, + 1,

принимают m

для вентилей с номерами большими ) принимают

m , (U1 та iCv-il NN

полагают число

k k + 1 и принимают число

после чего повторяют перечисленные операции, начиная с измерения в каждом вентиле при новом токе преобразователей средней за указанный период мощности потерь Р i(v)

« II III II I III INI I II Illllll III Illll Itir

IllllIllllllllllllllinillllllllinilllllllllilT

0 I II I II I II II I II I II II II I III I

I II I II II I II I I I II I I II I I IIt/T

1 т го 30 w so

(Оиг.2