Способ распределения тока в группе параллельно включенных вентилей статического преобразователя Советский патент 1989 года по МПК H02M1/84 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для выравнивания температур полупроводниковых структур параллельно работающих вентилей в преобразователях частоты с непосредственной связью, осуществляющих преобразоваьгае тока промышленной частоты в ток более низкой частоты.

Цель изобретения - повышение надежности преобразователя путем уменьшения максимальных температур полупроводниковых структур вентилей при их выравнивании в случае работы преобра зователя в режиме непосредственного преобразования переменного тока частоты сети, питающей преобразователь, в переменный ток более низкой частоты.

На фиг. 1 приведена блок-сх ема, реализующая предпоженньй способ распределения тока в группе из трех параллельно включенных вентилей статического преобразователя, работающего в режиме непосредственного преобразования переменного тока частоты сети, питающей преобразователь, в перемен- ньй ток более низкой частоты; на фиг. 2 - 10 - временные расчетные диаграммы (в течение половины периода изменения переменного тока низкой частоты) токов вентилей и мгновенных температур их полупроводниковых структур в квазиустановившемся режиме при естественном распределении тока между вентилями (фиг. 2-4), при распределении тока по известному

:л

N5

О

:о

способу (фиг. 5 - 7) и при распреде- 1ении тока по предлагаемому способу (фиг. 8 - 10).

Блок-схема содержит группу парал- тельных включений-управляемых венти- пей 1 - 3, источник 4 импульсов управ пения, следующих с частотой сети, пи- Ггающей преобразователь, выход которо- то через управляемые ключи 5-7 подключены соответственно к управляющим входам вентилей I - 3. Устройство содержит также: датчики 8-10 напряжения, датчики 11 - 13 тока соответственно вентилей 1 - 3; блоки 14 - 16 перемножения, первые входы которых подключены соответственно к выходам датчиков 8,- 10 напряжения, а вторые - к выходам датчиков 11-13 тока; генератор 17 синусоидального напряжения, частота и фаза которого совпадают с частотой и фазой формируемого преобразователем тока низкой частоты, выход которого подключен к третьим входам формирователей 18 - 20 сигналов управления, выходы которых подключены к управляющим входам соответственно ключей 5-7; суммато 21, входы которого через фильтры 22- 24 низкой частоты подалючены соответственно к выходам блоков 14-16 переключения, а выход подключен к вторым входам формирователей 18 - 20, первые входы последних подключены к выходам соответственно фильтров 22 - 24, Каждьй из формирователей, например 20, содержит сумматор 25, прямой и инвертирующие входы которого являюся одновременно первым и вторым входами формирователей 20, а выход че- jpes интегратор 26 подключен к первом I входу компаратора 27, выход и второй I вход которого являются одновременно I выходом и третьим входом формировате 1ля 20.

; Блок-схема работает следующим об i раз ом.

На выходе датчиков 8-10 напря - жения и датчиков 11 - 13 тока формируются сигналы, пропорциональные на- пряжению и току соответственно вен- типей 1 - 3. В блоках 14 - 16 перемножения они перемножаются, из появля :ющихся в результате этого сигналов в фильтрах 22 - 24 выделяются постоянные составляющие, которые пропорциональны среднему значению мощностей потерь вентилей 1 - 3. Последние поступают на первые входы формировате

0

5

0

5

0

5

0

5

лей 18 - 20 и сумматора 21. На выхо-. де сумматора 21 появляется сигнал, пропорциональный разности между средней мощностью потерь вентиля 3 от среднеарифметического значения средних мощностей потерь вентилей 1-3, С помощью интегратора 26 этот разно- стньй сигнал непрерывно интегрируется, появляющийся в результате этого сигнал в компараторе 27 сравнивается с синусоидальным напряжением, формируемым генератором I7. При превьре- нии последнего над первым на выходе компаратора 27 формируется сигнал, удерживающий ключ 7 в открытом состоянии, что позволяет импульсам управ- ления из источника 4 беспрепятствен г но поступать к вентилю 3, создавая предпосылки к его отпиранию. В противном случае ключ 7 заперт, и импульсы управления к вентилю 3 не поступают.

I.

Тем самым обеспечивается возможность регулирования длительности пропускания вентил ем 3 импульсов тока частоты сети, питающей преобразователь, а значит, и средней мощности потерь в нем, т.е, регулирования средней мощности вентилей i - 3 по отклонению этих мощностей от их среднеарифметического значения. В результате работы блок-схемы устанавливается режим динамического равновесия, при котором наименее нагруженньй вентиль пропускает импульсы тока на всем интервале работы группы вентилей 1-3, а два других - на меньших по длительности интервалах .м таких, при которых обеспечивается равенство средних мощностей потерь вентилей. Так как в компараторе 27 осуществляется сравнение относительно медленно изменяющегося сигнала, поступающего с выхода интегратора 26, и синусоидального напряжения низкой частоты, то регулирование мощностей потерь вентилей реализуется за счет не включения наиболее нагруженных вентилей только на этапе нарастания и слада тока -низкой частоты. Это не приводит к увеличению значения максимальной температуры полупроводниковой структуры вентилей, до которой структура нагревается обычно вблизи середины интервала протекания тока низкой частоты, и поэтому предлагаемыйспособ имеет преимущество перед известным.

Для количественной оценки эффекта получаемого в результате применения предлагаемого способа, на математической модели проанализированы режимы работы группы вентилей 1 - 3 при естественном распределении тока, при реализации известного и предлагаемого способов. При анализе в качестве вентипей использовались тиристоры таблеточной конструкции типа Т253 - 1000 с типовым охладителем типа ОА- 033 при естественном охлаждении. Амплитуды огибающих низкой частоты (0,5 Гц) импульсов тока вентилей Г - 3 промьшшенной частоты (50 Гц) были приняты соответственно 1800, 1440, 1290А. Моделировался квазиустановив- шийся электромагнитный и тепловой режимы работы вентилей.

На фиг. 2-10 кривые 28, 34, 40 импульсы тока вентиля I, кривые 30, 36 и 42 - вентиля 2, кривые 32, 38 и 44 - вентиля 3; кривые 29, 35 и 41 - мгновенная температура перегрева полупроводниковой структуры вентиля 1, кривые 31, 37 и 43 - вентиля 2, кривые 33, 39 и 45 - вентиля 3.

: Анализ кривых на фиг. 2-10 позволяет сделать следующие вьшоды.

Применение известного способа позволяет при выравнивании температур снизить температуру структуры наиболее нагретого тиристора с 92,5 (кривая 29) до 85,9°С (кривая 35). Большего достичь нельзя, так как из-за не включения вентиля 2 в момент времени 0,5 с (кривая 36) существенно возросла амплитуда тока вентиля 1 (кривая 34), что в свою очередь привело к резкому увеличению амплитуды температуры промышленной частоты, а значит, и ее суммарного значения.

Применение предлагаемого способа позволяет снизить температуру структуры наиболее нагретого тиристора до 78,5 С, так как на интервале 0,2 - 0,8 с в зоне больших амплитуд токов вентипей все они работают, что не приводит к значительным колебаниям

мгновенной температуры. Таким образом, по сравнению с известным снижается температура структуры наиболее нагретого вентиля на 7,4°С. При этом указанный эффект будет возрастать с повышением интенсивности охлаждение вентилей, например при переходе от естественного (настоящий пример) к

принудительному воздушному либо водяному охлаждению.

Применение предлагаемого способа в итоге приводит к увеличению срока службы преобразователя либо позволяет уменьшить необходимое число параллельно включённых вентилей в нем.

Формула изобретения

Способ распределения тока в группе параллельно включенных вентилей статического преобразователя, заклю- чаю1дийся в том, что измеряют средние за заданньй период мощности потерь

всех вентилей, осуществляют подачу импульсов управления на каждьй вентиль на каждом заданном периоде сериями, разделенными паузами, отличающий с я тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения максимальных температур полупроводниковых структур вентилей при их выравнивании в случае работы преобразователя в режиме непосредственного преобразования переменного тока частоты сети, питающей преобразователь, в переменный ток более низкой частоты, в качестве заданного принимают период, соответствующий низкой частоте выходного напряжения преобразователя, число пауз на ка сдом периоде принимают равным двум, начало первой паузы и конец второй.совмещают соответственно с началом и концом интервала протекания через группу вентилей серии импульсов тока частоты сети, длительности же пауз устанавливают пропорциональными интегралу отклонения средней мощности потерь этого вентиля от среднеарифметического значения средних мощностей потерь всех вентилей.

О 0,1 0,2 0,5 (,« 0,5 0,6 0,7

Фссг.

0,9 1,а с

70 60 50

30

О (7f (, 0,3 ОЛ 0,5 0,6 0,7

.З

0,9 1,0 С

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для выравнивания температур полупроводниковых структур параллельно работающих вентилей в преобразователях частоты с непосредственно связью. Целью изобретения является повышение надежности преобразователя путем уменьшения максимальных температур полупроводниковых структур вентилей при их выравнивании в случае работы преобразователя в режиме непосредственного преобразования переменного тока частоты сети. В данном способе число пауз на периоде низкой частоты выходного напряжения преобразователя принимают равным двум, совмещая их с началом и концом периода этого напряжения, а их длительности устанавливают пропорциональными интегралу вентиля от среднеарифметического значения мощностей потерь всех вентилей. 10 ил.

О 0, 0,2 QJ 0,,5 0,5 . () С,9 ( г

.

( 5,f (,Г 0,5 Л ,5 0,6 07 /,S i 1,0 С

LLl.6

О 0,1 0,2 0,3 0,5 0,6 . 0,1 0,8 0,9 1,0 с

ФигЛ

80 70 ВО

50 40

О 0,1 0,2 0,3 0, 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 С

Фи.8

80 70 ВО 50 0

в

2000

г

ллллтаАЛУ Ллл уулду

/

4-5

X

о 0,1 0,2 а,3 0,- 0,5 0,6 Ц7 0,8 0,9 1,0 С

.

ff,f 0,2 0,5 С Д (7,6 0,7 0,S 0,9 1,0 С

Фиг.Ю

Составитель В. Гордеев Редактор М. Келемеш Техред М.Дидык Корректор Т.Малец

6977/54 Тираж 648 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

/

4-5

ллллтаАЛУ Ллл уулду

X