Устройство для ограничения перенапряжений на высоковольтном запираемом тиристорном вентиле Советский патент 1992 года по МПК H02M1/08 

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемое устройство дополнительно введены второй низкочастотный конденсатор и второй резистор так, что второй резистор включен между анодом диода и первым резистором, а второй конденсатор - между анодом СЗТ и общей точкой двух резисторов, причем емкости конденсаторов выбираются из условий

Ci tf IQM/US;

С2 Atgq-lQM/AUD,

где tf - время спада тока в СЗТ при выключении;

Atgq - максимальное отклонение времени выключения СЗТ в некоторой ТЯ от среднего значения по вентилю;

IQM запираемый ток;

Us допустимое напряжение на СЗТ на этапе спада тока в нем;

Л UD - допустимое превышение напря- жения на некоторой ТЯ от среднего значения;

Сопротивление второго резистора выбирают из условия R2-2/9, где р- волновое сопротивление контура, составленного пер- еым и вторым конденсаторами и вторым резистором.

Устройство работает следующим образом.

При наличии положительного напряже- ния на ВЗТВ система управления формирует включающий сигнал. СЗТ во всех ТЯ отпираются. Перенапряжения, вызванные разбросом времен включения, ограничиваются, как и в обычных тиристорных венти- лях, RC-цепями. В данном случае основную роль цепочка из конденсатора 3 и резистора 4, поскольку, как будет показано ниже, емкость конденсатора 3 примерно на порядок больше емкости конденсатора 1.

В необходимый момент времени система управления выдает отрицательный управляющий сигнал на запирание ВЗТВ. Ток в каждом из СЗТ резко обрывается. В силовой же цепи вентиля, ток, как правило, не успевает измениться, и весь коммутируется из СЗТ в устройство ограничения перенапряжений, причем главным образом - в цепь с минимальным сопротивлением; конденсатор 1 -диод 2.

Если емкость этого конденсатора вы- брана из условия Ci tf-loM/Us, то выброс напряжения на СЗТ в момент спада тока в нем задается практически только индуктивностью контура СЗТ-1-2.

При запирании ВЗТВ, кроме описанно- го выше процесса коммутации, имеющего место в каждой ТЯ независимо, идет и второй процесс, имеющий другую физическую природу: вследствие большого разброса СЗТ по времени задержки ts запирание СЗТ в различных ТЯ происходит неодновременно (полное время выключения tgq - tf + ts). Скорость нарастания напряжения на выключен- ных СЗТ определяется параметрами анодной цепи вентиля и существенно ниже, чем в случае описанной выше коммутации тока внутри ТЯ. Демпфирование процесса неоднородного нарастания напряжения на отдельных ТЯ осуществляется при заряде конденсатора 3 в основном через резистор 5 и диод 2 (существует и путь тока через резистор 4).

Требования к индуктивности контура 3- 5-2, частотным свойствам конденсатора 3 и его емкости те же, что и в обычных вентилях.

Оценим величину сопротивления R2 резистора 5; с точки зрения ограничения UDM и, особенно Us оно должно быть минимальным, однако во избежание колебательных процессов в контуре 1-3-5 необходимо, чтобы R2 5: 2 р, где р V L/C - волновое сопротивление указанного выше контура, L - его собственная индуктивность. Таким образом, оптимальное значение R2 2р.

Следует обратить внимание на следующие положительные особенности предлагаемого устройства.

Колебание в нем, в отличие от известного устройства, не развиваются ни при каких временах восстановления диода 2. поскольку конденсаторы 1 и 3 имеют раздельные цепи заряда и разряда, а в разрядном контуре 1-5-3, вследствие указанного выше выбора резистора 5, возможен лишь апериодический процесс.

Соотношение емкостей Ci и С2 конденсаторов 1 и 3 не изменяется при изменении типа тиристора в вентиле, так как значения tf, и класс изменяются пропорционально, а абсолютные значения емкостей растут с ростом IQM.

Предлагаемое устройство снижает вероятность прерывания тока в вентильном плече при включении. Специфика СЗТ по сравнению с обычным тиристорами состоит в значительно больших (примерно на два порядка) значениях тока удержания н. Необходимо, чтобы к моменту окончания включающего импульса суммарный ток (анодный и разряда RC-цепи) через СЗТ превышал н. Этого можно достигнуть, увеличивая либо длительность управляющего импульса, либо (в известных пределах) постоянную разряда RC-цепи. Первый путь приводит к значительному росту необходимой мощности системы управления включением, что для высоковольтных вентилей с большим

числом ТЯ нежелательно. Второй путь, наоборот, при наличии низкочастотной цепочки: конденсатор 3 - резистор А позволяет использовать узкий включающий импульс большой амплитуды, что желательно для интенсификации процесса включения СЗТ.

Таким образом, у устройства появляются свойства, не совпадающие со свойствами известных решений: раздельные цепи для ограничения перенапряжений различной физической природы и раздельные цепи заряда и разряда конденсаторов демпфира, что исключает колебательные процессы в нем при любых частотных свойствах входящего в него диода, а также обеспечивает устойчивую коммутацию тока в анодной цепи вентиля при включении. Тем самым достигается повышение надежности в работе вентиля в переходных режимах и снижение его стоимости.

Технические преимущества по сравнению с прототипом заключаются в том, что для демпфирования высокочастотного процесса используется отдельный высокочастотный конденсатор малой емкости, а для демпфирования более мощного и медленного процесса - конденсатор более низких частотных свойств и большей емкости, чем достигается глубокое и надежное ограничение обоих типов перенапряжений.

Наличие дополнительного апериодического контура в устройстве демпфирования исключает колебательные процессы при запирании СЗТ, что повышает надежность его в работе и снижает требования к быстродействию диода.

Экономический эффект от использования устройства достигается за счет снижения общей стоимости конденсаторов и диода при его замене с высокочастотного на низкочастотный, а также за счет возможности применения более простых источников импульсов включения БЗТВ.

Формула изобретения 1. Устройство для ограничения перенапряжений на высоковольтном запираемом тиристорном вентиле, выполненном в виде п последовательно соединенных тиристоров, содержащее п ячеек, состоящих из последовательно соединенных высокочастотного конденсатора и диода, предназначенных для подключения параллельно

соответствующему тиристору вентиля, первого резистора, один вывод которого соединен с катодом диода, а другой связан с его анодом, отличающееся тем, что. с целью повышения надежности в работе аентиля в переходных режимах за счет разделения цепей ограничения перенапряжений на этапе коммутации тока внутри отдельной ячейки и на этапе восстановления напряжения на вентиле в целом, в каждую ячейку

введены низкочастотный конденсатор и второй резистор, причем одна обкладка низкочастотного конденсатора соединена с одной обкладкой высокочастотного конденсатора, другая - с другим выводом первого

резистора, связанным с анодом диода через второй резистор, величины емкостей выбраны из условий Ci tf.loM/Us:

С2 Algq lOM/AUo,

где Ci и С2 - емкости высокочастотного и низкочастотного конденсаторов соответственно;

tf - время спада тока в отдельном запираемом тиристоре при выключении; Atgq - максимальное отклонение времени выключения запираемого тиристора от среднего значения по вентилю; IQM запираемый ток. Us -допустимое напряжение на отдель- ном тиристоре на этапе спада тока в нем:

A UD допустимое превышение напряжения на отдельном тиристоре от среднего значения, а величина сопротивления второго резистора выбрана из условия R2-2/).

где р - волновое сопротивление контура. состоящего из высокочастотного и низкочастотного конденсаторов и второго резистора.

2. Устройство поп.1,отличащееся тем, что диод в каждой ячейке выполнен низкочастотным.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для построения высоковольтных запираемых тиристорных вентилей (ВЗТВ) из последовательно соединенных ячеек (ТЯ) на базе силовых запираемых тиристоров (СЗТ). Целью изобретения является повышение надежности в работе вентиля в переходных режимах за счет разделения цепей ограничения перенапряжений на этапе коммутации тока внутри отдельной ТЯ и на этапе восстановления напряжения на вентиле в целом. для построения высоковольтных запираемых тиристорных вентилей. Цель изобретения - повышение надежности в работе вентиля в переходных режимах за счет разделения цепей ограничения перенапряжений не этапе коммутации тока внутри отдельной ячейки и на этапе восстановления напряжения на вентиле в целом. Цель достигается тем, что в устройство вводятся две RC-цепи. Первая, компактная, с высокочастотным конденсатором 1 небольшой емкости, ограничивает перенапряжение от высокочастотного процесса коммутации тока внутри отдельной ячейки при ее запирании. Вторая, с конденсатором 3 пониженных по сравнению с конденсатором 1 частотных свойств и на порядок большей емкости, демпфирует низкочастотные процессы, происходящие в силовом контуре вентиля. Между центральными точками RC-цепей введен резистор 5. формирующий дополнительный разрядный контур для конденсатора 1 и исключающий колебательные процессы в ячейке при любых частотных свойствах диода 2. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. На чертеже представлена электрическая схема устройства для любой из ТЯ вентиля, Устройство содержит первый, высокочастотный, конденсатор 1 и соединенный с ним последовательно диод 2,второй, низкочастотный, конденсатор 3 и соединенный с ним последовательно первый резистор 4, второй резистор 5, включенный между анодом диода 2 и общей точкой первого резистора 4 и второго конденсатора 3. Вторые выводы конденсаторов 1 и 3 подключены к аноду СЗТ, катод диода 2 и не связанный с конденсатором 3 вывод резистора 4 подключены к катоду СЗТ, ё vj О vj vi О 00