Управляемый тиристорный ключ Советский патент 1991 года по МПК H02M3/135 

Ч

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в тиристор- ных преобразовательных устройствах широкого назначения. Цель изобретения - повышение экономичности. Эффект обусловлен введением в узел принудительной коммутации дросселя 5 насыщения и диода 4. При включении силового тиристора 1 ток нагрузки протекает по конденсатору 3 и диоду 4, подготавливая конденсатор 3 к последующей коммутации. Через интервал времени, равный интервалу насыщения дросселя, ток нагрузки протекает через дроссель 5 насыщения, минуя конденсатор 3. Устройство позволяет в два раза снизить коммутационные потери, 2 ил.

/L

.rv XXО

4

XI

к

рЈ/г.1

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в тирмстор- ных преобразовательных устройствах широкого назначения: автономных инверторах, преобразователях частоты и т. п., где необходимо принудительное выключение тиристоров.

Известен тиристорный управляемый ключ, содержащий силовой тиристор и цепь параллельной коммутации, а состав которой входят транзисторный ключ и гальванический источник запирающего напряжения, соединенные последовательно,

Недостатком известного ключа является его низкая экономичность, обусловленная тем, что энергия гальванического источника запирающего напряжения, расходуемая на проведение коммутации силового тиристора, должна восполняться за счет энергии источника питания, либо дополнительного источника,

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является тиристорный управляемый ключ, содержащий силовой тиристор и цепь параллельной коммутации, в состав которой входит управляемый ключ, анодом присоединенный к аноду силового тиристора, и источник запирающего напряжения, соединенные последовательно, причем, в качестве источника запирающего напряжения использован конденсатор, положительно заряженная обкладка которого соединена с катодом силового тиристора.

Недостатком известного тиристорнрго управляемого ключа является низкая экономичность, так как для обеспечения работоспособности ключа энергия, отданная конденсатором на осуществление коммутации, восполняется в каждом такте модуляции с помощью специального устройства независимого дозаряда (на схеме показаны выводы и полярность) за счет энергии источника питания или дополнительного источника.

Целью изобретения является повышение экономичности управляемого ключа путем организации доззряда конденсатора за счет энергии, накопленной в индуктивности нагрузки.

Эта цель достигается тем, что в управляемый тиристорный ключ, содержащий силовой тиристор и цепь параллельной принудительной коммутации, в состав которой входят управляемый ключ, анод которого присоединен х аноду силового тиристора и конденсатор, положительно заряженная обкладка которого присоединена к катоду силового тиристора, соединенные последовательно, введены дроссель насыщения и

диод, причем дроссель насыщения одним выводом соединен с катодом силового тиристора и положительно заряженной обкладкой конденсатора, а другим - с

катодом диода, анод которого соединен с катодом управляемого ключа узла коммутации и отрицательно заряженной обкладкой конденсатора узла коммутации.

На фиг, 1 представлена, принципиальная электрическая схема управляемого ти- ристорного ключа, на фиг, 2 - диаграммы его работы.

Управляемый тиристорный ключ содержит силовой тиристор 1, управляемый ключ

2, конденсатор 3, диод 4 и дроссель 5 насыщения, Анод управляемого ключа 2 соединен с анодом силового тиристора 1. Дроссель 5 насыщения одним выводом соединен с катодом силового тиристора 1, вторым - с катодом диода 4, анод которого соединен с катодом управляемого ключа 2 узла коммутации, а конденсатор 3 положительно заряженной обкладкой соединен с катодом силового тиристора 1, а отрицательно заряженной - с катодом управляемого ключа 2 узла коммутации.

Управляемый тиристорный ключ работает следующим образом.

В момент времени ti отпирается силовой тиристор 1. К нагрузке прикладывается напряжение , где Ud - напряжение источника питания; Uc - напряжение конденсатора.

Ток нагрузки протекает по цепи тиристора 1 конденсатор 3-диод 4. К дросселю 5 насыщения приложено напряжение Uc. Конденсатор 3 заряжается током нагрузки. В момент времени ta, когда дроссель 5

насыщения насыщается, напряжение конденсатора 3 прикладывается к диоду 4 в запирающем направлении и он закрывается, а ток нагрузки протекает по цепи тиристор 1 - дроссель 5 насыщения, На

обкладках конденсатора 3 сохраняется наибольшее значение напряжения:

Uc(t2)UcMaKc.

При необходимости выключить тири- стор 1 в момент времени ts управляемый ключ 2 включается, К тиристору 1 прикладывается напряжение конденсатора 3, тиристор 1 выключается, а ток нагрузки протекает по коммутирующей цепи ключ 2 - конденсатор 3 и дросселю 5 насыщения. Для конденсатора 3 в этом интервале ток нагрузки является разрядным, напряжение на нем снижается и за интервал коммутации (к моменту времени t) достигает значения:

Uc(t4 UcMMH.

Интервал коммутации должен быть достаточным для восстановления запирающих свойств тиристора 1. tic tec .

В момент времени t4 управляемый ключ 2 выключается. В интервале паузы ток нагрузки по элементам схемы не протекает, а по дросселю 5 насыщения ток размагничивания (цепь размагничивания не показана). Напряжение размагничивания должно быть достаточным для завершения процесса размагничивания за наименьший интервал паузы:

tpaaM - tn i

В момент времени ts снова включается силовой тиристор 1 и процессы в схеме повторяются.

Экспериментальные исследования ти- ристорного управляемого ключа в составе преобразователя постоянного напряжения показывают, что по сравнению с известным устройством предлагаемый тиристорный управляемый ключ экономичнее.

На коммутацию расходуется энергия, определяемая выражением

з.--. .(D

где A U 0,1 UCH - допустимые пульсации напряжения на конденсаторе;

UCH номинальное напряжение на конденсаторе;

С - емкость конденсатора, выбирается из условия коммутации тиристора при максимальном токе нагрузки:

, (2)

где 1к - интервал коммутации.

При индуктивном характере нагрузки за интервал модуляции изменением тока нагрузки можно пренебречь

Im const.

Для установившегося режима Ли при заряде и разряде одинаковы

дир лиэ,

тогда для обеспечения условия работоспособности

t3 U,

т. е.

AU Imt3

Э3 j

В известном ключе эта энергия сообщается конденсатору от источника питания, в предлагаемом - за счет энергии, накопленной в индуктивности нагрузки. Пренебрегая потерями энергии в целях заряда, можно считать, что экономичность тиристорного управляемого ключа повышается за счет исключения потерь на дозаряд конденсатора

на 100%.

Формула изобретения Управляемый тиристорный ключ, содержащий силовой тиристор и цепь параллельной принудительной коммутации, в состав

которой входят управляемый ключ, анод которого присоединен к аноду силового тиристора, и конденсатор, положительно заряженная обкладка которого присоединена к катоду силового тиристора, соединенные последовательно, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, введены дроссель насыщения и диод, причем дроссель насыщения одним выводом соединен с катодом силового тиристора

и положительно заряженной обкладкой конденсатора, а другим - с катодом диода, анод которого соединен с катодом управляемого ключа узла коммутации и отрицательно заряженной обкладкой конденсатора узла

коммутации.