Способ управления последовательно соединенными силовыми тиристорами Советский патент 1990 года по МПК H02M1/08 H02H7/10 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для создания высоковольтных тиристррньгх вентилей.

Цель изобретения - повьшение надежности путем устранения перенапряжений на силовых тиристорах во время включения.

На чертеже показана схема устройства, реализующего предлагаемый способ .

Устройство для управления силовыми тиристорами 1 содержит формирователь 2 управляющих импульсов, включенный в цепь управления тиристора 1, накопительный конденсатор 3, один вывод которого предназначен для подключения к управляющему электроду тиристора 1, а другой через форьшро- ватель 2 - к его управляющему электроду, блок 4 отбора мощности, выполненный в виде подключенных параллельно тиристору 1 последовательно соединенных резистора 5, диода 6 и конденсатора 7, зашунтированного стабилитроном 8, источник 9 опорного напряжения, выполненный в виде подключенных параллельно конденсатору 7 резисСП

СЛ

оо

20

тора 10 н стабилитрона 11, регулятор зарядного напряжения, выполненный в виде транзистора 12„ коллектор которого подключен к общей точке диода 6 и конденсатора 7, база - к общей точке резистора 10 и стабилитрона 11 через параллельно соединенные интегрирующий конденсатор 13 и диод 14, а эмиттер - к другому выводу конден- ю сатора 3, датчик 15 перенапряжения, выполненный в виде подключенных параллельно тиристору 1 последова- тельно соединенных конденсатора 16 и

резистора 17, к средней точке кото- J5 рых подключен анод диода 18, катод которого соединен с базой транзистора 12.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии при наличии анодного напряжения на силовых ти- ристорах 1 накопительные конденсато- ры 3 заряжены до равных напряжений, величина которых определяется только источником 9 опорного напряжения, До первого включения силовых тиристоров 1 на выходе датчиков 15 перенапряжения и соответственно на интег- рируюмщ-к конденсаторах 13 напряже- О ние отсутствует.

При включении формирователей 2 на управляющие электроды силовых тиристоров 1 поступают управляющие импульсы одинаковой амплитуды, поскольку напряжения накопительных конденсаторов 3 равны. Из-за разброса времени включения формирователей 2 управляющих импульсов, самих силовых тиристоров 1 включение одного из них проте- 40 кает быстрей другого. На медленном силовом тиристоре возникает кратко- временное перенапряжение, а на выходе датчика 15 перенапряжения появля- ется напряже гие, заряжающее интегри- 45 руювщй конденсатор 13. Напряжение интегрирующего конденсатора 13 складывается с напряжением источника 9 опорного напряжения, поэтому заряд ин25

0

ю

5

О

0 5 5

12 зарядного напряжения увеличивает напряжение накопительного конденсатора 3, причем величина приращения также пропорциональна уровню перенапряжения Fia силовом тиристоре. В дальнейшем до очередного включения силовых тиристоров напряжение интегри- Р5пощего конденсатора 13 и, соответственно, напряжение накопительного конденсатора 3 остаются неизменными.

Таким образом, после первого включения силовых тиристоров 1 напряжение накопительного конденсатора 3 быст- силового тиристора остается неизменным и определяется только источником 9 опорного напряжения. Напряжение накопительного конденсатора 3.медленного силового тиристора возрастает на величину, пропорциональную уровню перенапряжения во время первого включения.

При повторном включении амплитуды импульса, управляющего быстрым силовым тиристором, .остается неизменной. Амплитуда импульса, управляющего медленньп силовым тиристором, возрастает за счет увеличения напряжения накопительного конденсатора 3. Время включения медленного силового тиристора уменьшается, приближаясь по величине к времени включения быстрого силового тиристора; Если один силовой тиристор по-прежнему

включается быстрей другого на зажимах последнего вновь возникает пере,напряжение. Уровень перенапряжения

.меньше, чем при первом включении за счет уменьшения разброса времен включения силовых тиристоров. Интег рирующий :конденсатор 13 дозаряжает ся выходным напряжением датчика 15 перенапряжения до более высокого

,напряжения. Увеличение напряжения интегрирующего конденсатора 13 вызьша- ет дальнейшее увеличение напряжения накопительного конденсатора 3 регу:лятора 12 зарядного напряжения.

Таким образом, при казвдом после

Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться для создания высоковольтных тиристорных вентилей. Цель изобретения заключается в повышении надежности за счет устранения перенапряжений на всех силовых тиристорах во время включения. Время включения силовых тиристоров существенно зависит от амплитуды управляющих импульсов. Каждый силовой тиристор для компенсации разброса времен включения включается управляющим импульсом, амплитуда которого устанавливается суммированием двух составляющих. Одна из них неизменна и одинакова для всех силовых тиристоров, а другая устанавливается пропорционально величине перенапряжения, имевшего место во время первого или нескольких первых включений силовых тиристоров. Амплитуда управляющих импульсов быстрыми силовыми тиристорами, на которых перенапряжения во время включения не возникают, не изменяется, а медленными силовыми тиристорами увеличивается до практически полного устранения перенапряжений на их зажимах. 1 ил.

тегрирующего конденсатора 13 сопро вож- д |ДУкщем включении силовых тиристоров

дается увеличением напряжения на управляющем входе регулятора 12 зарядного напряжения. Величины напряжения интегрирующего конденсатора 13 и, соответственно, приращения напряжения на управляющем входе регулятора 12 зарядного напряжения пропорциональны уровню перенапряжения на мед- ленноЬ; силовом тиристоре, регулятор;

55

напряжение накопительного конденсатора 3 возрастает, вызывая увеличение амплитуды импульса, управ ляюще- го, медленным силовым тиристором. Указанный процесс прекратится, когда время включения медленного силового тиристора за счет увеличения амплитуды управляющего импульса уменьшится до значения времени вклю|ДУкщем включении силовых тиристоров

напряжение накопительного конденсатора 3 возрастает, вызывая увеличение амплитуды импульса, управ ляюще- го, медленным силовым тиристором. Указанный процесс прекратится, когда время включения медленного силового тиристора за счет увеличения амплитуды управляющего импульса уменьшится до значения времени включен 1Я быстрог о силового тиристо ра, управляюишй импульс которого остается неизменным. После этого силовые тиристоры включаются одновре менно, хотя время включения формирователей управляющих импульсов и самих силовых тиристоров при равных импульсах управления различно. Напря жение накопительного конденсатора 3 быстрого тиристора определяется только источником 9 опорного напряжения, а медленного тиристора - суммой напряжений интегрирующего конденсатора 13 и источника 9 опорного напряжения. Величина напряжения интегрирующего конденсатора 13 медленного тиристора пропорциональна разности времен включения силовых тиристоров при одинаковых амплитудах управляющих импульсов.

При последовательном соединении N силовых тиристоров процессы протекают аналогично. В каждой ячейке управления устанавливается индивидуальный уровень напряжения на накопительном конденсаторе, пропорциональный величине задержки включения данного силового тиристора относительно наиболее быстрого из N силовых тиристоров при равных импульсах управления. Соответственно для каждого силового тиристора устанавливает- ся индивидуальное значение амплитуды управляющего импульса. Этим достигается одновременность включения всех N силовых тиристоров и отсутствие перенапряжений на их зажимах, причем время включения всей группы силовых тиристоров приближается к времени включения наиболее быстрого из них.

Работа принципиальной схемы устройства, реализующего предлагаемый . способ, рассмотрена на примере одной тиристорной ячейки.

В исходном состоянии накопительные конденсаторы 3 и 7 заряжены до напряжений стабилизации стабилитро- нa 11 источника 9 опорного напряжения и стабилитрона 8 устройства 4 отбора мощности соответственно. Конденсатор 16 заряжен практически до анодного напряжения силового тиристора. Резистор 17 выбирается так, чтобы падение напряжения от протекания тока конденсатора 16 было меньше напряжения, стабилизации стабилитрона 11. В этом случае через интегри10553 -6

рующий конденсатор 13 ток не протекает II напряжение на нем отсутствует. Диод 14 предотвращает заряд ингег- рируюп1его конденсатора 13 до отрицательного напряжения базовым током регулирующего транзистора 12 во время первоначального заряда накопительного конденсатора 3 до напряжё- Q ния стабилизации CTa6tmHTpoHa 11 после подачи анодного напряжения на силовой тиристор.

Кратковременное перенапряжение на силовом тиристоре, обусловленное

15 включением других более быстрых силовых тиристоров, практически полностью прикладывается к резистору 17. Диод 18 открывается и интегрирующий конденсатор 13 заряжается по це20 пи: анод силового тиристора - конденсатор 16 - диод 18 - интегрирующий конденсатор 13 - стабилитрон 11 - катод силового тиристора. Напряжение на интегрирующем конденсаторе 13 за время

25 время действия перенапряжения при

достаточно большой величине резистора 17 достигает величины

30

и 2i«-

13 С„+С,б

«Cuu - и„ ),

5

0

где , C - емкости конденсаторов 13 и 16 соответственно;

и( - напряжение стабилизации стабилитрона 11; UUy - величина превышения

анодного напряжения на силовом тиристоре во время включения над анодньм напряжением непосредственно перед

включением.

В результате заряда интегрирующего конденсатора 13 напряжение на базе регулирующего транзистора 12 увеличивается от значения U., до значения, равного

50 ,

Ct3 +Ci6

Регулирующий транзистор 12 открывается, заряжая эмиттерным током накопительный конденсатор 3 до нап- ряже1шя, равного за вычетом падения . напряжения. на переходе база-эмиттер. До следующего включения силовых тиристоров напряжения интегрирующего конденсатора 13 и накопительного конденсатора 3 практически не изменяются

Таким образом, после первого включения силовых тиристоров напряжение на накопительном конденсаторе 3 получает приращение, пропорциональное по величине перенапряжению на зажимах рассматриваемого силового тиристора. Очередное включение силового тиристора производится импульсом управления увеличенной амплитуды и протекает быстрее, чем предьщущее включение. Если, однако, на силовом ти- ристоре вновь появляется перенапряжение во время включения происходит дозаряд интегрирующего конденсатора 13 по указанной вьппе цепи и дальнейшее увеличение напряжения накопительного конденсатора 3. Поэтому следующее включение силового тиристора производится импульсом управления увеличенной амплитуды. Напряжение накопительного конденсатора 3 возрастает после каждого включения силового тиристора, пока величина перенапряжения на его зажимах не уменьшится до значения, равного ( + и 1 ) . При меньшей величине перенапряжения невозможны отпирание диода 18 и дозаряд интегрирующего конденсатора 13. Современные силовые тиристоры коммутируют напряжение до 3-5 кВ, а напряжение питания формирователей управляющих импульсов не превышает 100-300 Bj поэтому указанная величина перенапряжения безопасна для силового тиристора.

Таким образом, дальнейшие включения силового тиристора протекают практически без перенапрягсений, а напряжение интегрирующего конденсатора 13 остается неизменным, В случае уменьшения напряжения интегрирующего конденсатора 13, в частности за счет протекания базового тока регулирующего транзистора, на зажимах силового тиристора вновь появляется незначительное по величине перенапряжение за с гет некоторого уменьшения амплитуды управляющих импульсов В результате интегрирующий конденсатор 13 до- заряжается до прежнего напряжения, восстанавливая работу силового тиристора без перенапряжений во время вклю чения. Для ослабления влияния базово го тока регулирующего транзистора 12 целесообразно последний выполнять по схеме Дарлингтонас

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Максимальное напряжение накопительного конденсатора 3 ограничено стабилитроном 8, который должен выбираться так, чтобы амплитуда управляющего импульса не превышала максимально допустимого значения. Минимальное напряжение накопительного конденсатора 3 определяется стабилитроном 11, который должен выбираться так, чтобы амплитуда управляющего импульса . была не меньше значения опирающего тока силового тиристора. При соблюдении указанных ограничений диапазон регулирования амплитуды управляющих импульсов охватывает все допустимые значения - от отпирающих до максимально допустимых.

При работе в составе преобразовательного устройства силовые тиристоры в закрьггом состоянии могут подвергаться воздействию коммутационных перенапряжений. Для исключения влияния этих перенапряжений достаточно заменить диод 18 тиристоромj а его управляющий электрод подключить к выходу формирователя 2 управляющих импульсов. В этом случае интегри- Р:;/ЮЩИЙ конденсатор 13 будет заряжаться только после включения формирователя 2 управляющих импульсов, т„е„ непосредственно перед возникновением перенапряжения на силовом тиристоре. Для этого дополнительный тиристор должен быть достаточно быстродействующим по сравнению с наиболее быстрым силовым тиристором. В этом случае дополнительный тиристор включа- ется раньше возникновения перенапряжения на медленном силовом тиристоре. .Затем процессы протекают так же, как в случае с диодом 18. После включения силового тиристора и разряда конденсатора 16 через резистор 17 тиристор запирается отрицательным напряжением, равным сумме ( Uii) и остается в закрытом состоянии до следующего включения формирователя 2 управляющих импульсов о

Таким образом, предлагаемый способ управления последовательно соединенными силовыми тиристорами, по сравнению с известными позволяет получить положительный эффект, который заключается в повьшгении надежности за счет устранения перенапряжений во время включения на всех силовых тиристорах и достигается регулированием амплитуды управляющих импульсов каж916

дого силового тиристора пропорцнональ но величине перенапряжения, возникающего во время первого или нескольких первых включений. При каждом изменении параметров рабочего режима силовых тиристоров, например анодного нап ряжения, влияющих на абсолютное значение и разброс времен включения, а также после замены части вьпдедших из строя силовых тиристоров устанавливаются новые значения амплитуд управляющих импульсов силовыми тиристорами, при которых перенапряжения на всех силовых тиристорах отсутствуют.

Формула изобретения

Способ управления последовательно соединенными силовыми тиристорами.

0553

заключающийся в том, что формируют сигналы управления каждь м скловым тиристором и подают их одновременно на управляющие электроды соответствующих тиристоров, отличающийся тем, что, с д&пью повыше- ння надежности за счет устранения перенапряжения на силовых тиристорах во время включения, .во время очередного включения формируют сигналы, пропорциональные величине перенапряжения на каждом тиристоре, суммируют каядьпЧ из полученных сигналов с сигналом управления соответствующего тиристора и при последующем включении результирующие сигналы подают на управляющие переходы соответствующих тиристоров.

0

5