Высоковольтный полупроводниковый управляемый вентиль Советский патент 1992 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высоковольтных преобразователях.

Известны высоковольтные полупроводниковые вентили с зависимым управле- нием, содержащие дроссели насыщения, первичные обмотки которых включены последовательно с тиристорами, а вторичные подключены к управляющим переходам тиристоров.

Недостатками таких устройств являются их сложность и большие габариты дросселей насыщения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является высоко- вольтный полупроводниковый вентиль, содержащий две антипараллельно включенные ветви последовательно соединенных тиристоров, каждая из которых имеет диод и резисторы в цепи управления и выравни- вающие R- и RC-цепи. Кроме того, вентиль содержит систему распределения импуль- coBj выполненную на герметизированных магнитоуправляемых контактах, обмотки возбуждения которых отделены слоем высо- ковольтной изоляции и подключены к блоку управления.

Недостатком вентиля является его низкая надежность, обусловленная большим числом элементов, входящих в его состав, повышенной токовой нагрузкой геркона, коммутирующего суммарный ток управления всех тиристоров ветви, крайне неравномерным распределением потенциала на последовательно соединенных приборах, вызванным явно выраженной очередностью их включения и выключения.

Цель изобретения - повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в высоковольтном полупроводниковом управляемом вентиле, содержащем две антипараллельно включенные ветви последовательно соединенных тиристоров, каждая из которых имеет диоды и ограничительный резистор в цепи управления и выравнивающие R- и RC- цепи, а также содержащем систему распределения импульсов управления, выполненную на герметизированных магнитоуправляемых контактах, обмотка возбуждения которых от- делена высоковольтным изолятором и подключена к блоку управления, в каждую из упомянутых ветвей введены дополнительные герконы и диоды, количество которых для одной ветви выбирается из соотношения

пг UB/Ur пд ив/ид, где UB - рабочее напряжение вентиля;

Ur - рабочее напряжение одного геркона;

ид - рабочее обратное напряжение одного диода,

все герконы и диоды распределены равномерно вдоль ветви тиристоров и включены в цепь управления первого от анода данной ветви вентиля и каждого i-ro тиристора:

ir 1 + Ur/UT, . 1Д 1 + UA/UT. где ir- порядковый номер очередного тиристора, в управляющую цепь которого включен геркон;

1Д - порядковый номер очередного тиристора, в управляющую цепь которого включен диод;

DT - рабочее напряжение одного тиристора;

а ограничительные резисторы включены в цепь управления одного из тиристоров каждой ветви, причем все упомянутые герконы, диоды, ограничительный резистор и переходы управляющий электрод - катод всех тиристоров данной ветви образуют собой последовательно соединенную цепь.

Кроме того, высоковольтный изолятор системы распределения импульсов управления выполнен в виде диэлектрического корпуса преимущественно прямоугольной формы с двумя полостями, разделенными общим дном, в одной из которых размещена обмотка возбуждения, а во второй - герконы, причем полость для герконов разделена параллельными диэлектрическими перегородками на отделные секции, в которых с выводами, перпендикулярными их продольной оси, и расположены герконы, при этом высота перегородок превышает диаметр колбы герконов. Обмотка возбуждения выполнена в виде четырех катушек, размещенных по углам прямоугольной полости и снабженных цилиндрическими ферромагнитными сердечниками, оси которых параллельны между собой, а также четырьмя пластинчатыми ферромагнитными сердечниками, соединяющими попарно цилиндрические сердечники таким образом, что цилиндрические сердечники каждой катушки оказываются магнитно соединенными своими концами с концами цилиндрических сердечников двух соседних катушек, причем пластинчатые сердечники, лежащие на дне упомянутой полости расположены перпендикулярно продольным осям герконов-, длина пластинчатых сердечников равна ширине ряда герконов, а катушки соединены между собой таким образом, что соседние пластинчатые сердечники образуют разноименные полюса, обе полости диэлектрического корпуса со всеми упомянутыми элементами залиты эпоксидным компаундом, причем уровень заливки секций превышает диаметр герконов, но меньше высоты перегородок.

Изобретение обеспечивает снижение токовой нагрузки герконов до величины тока отпирания одного тиристора (при последовательном соединении управляющих переходов тиристоров ток управления является общим для всех приборов и практически не зависит от их числа); одновременность отпирания и запирания последовательно соединенных приборов (так как ток управления подаётся одновременно во все управляющие переходы), что способствует равномерному распределению потенциала между ними; сокращение числа токоограничивающих резисторов до одного на каждую ветвь вентиля.

На фиг.1 изображена одна из ветвей вентиля для случая, когда Ur/Ur 3 и ид/иг 2; на фиг.2 - ветвь вентиля при Ur/Ur 1 и ид/иг 1; на фиг.З-конструкция системы распределения имульсов управления; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.З; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.З.

Высоковольтный полупроводниковый управляемый вентиль содержит две параллельно включенные ветви последовательно соединенныхтиристоров 1, шунтированных R- и RC-цепями 2 и 3. В цепь управления определенных тиристоров ветви включены герконы 4 и диоды 5, кроме того, в управляющую цепь одного из тиристоров каждой ветви введен ограничительный резистор 6.

Высоковольтный изолятор системы распределения импульсов управления выполнен в виде диэлектрического корпуса 7 с двумя полостями, в одной из которых размещена обмотка возбуждения, а в другой - герконы 4, причем последние размещены в отдельных секциях, образованных параллельными диэлектрическими перегородками 8. Обмотка возбуждения выполнена в виде четырех катушек 9, снабженных цилиндрическими ферромагнитными сердечниками 10, оси которых параллельны между собой, а также четырьмя дополнительными ферромагнитными пластинчатыми сердечниками 11, соединяющими попарно цилиндрические сердечники 10 катушек 9 таким образом, что противоположные концы цилиндрических сердечников каждой катушки оказываются магнитно соединенными с соответствующими концами цилиндрических сердечников двух соседних катушек, причем пластинчатые сердечники 11, лежащие на дне полоси, расположены перпендикулярно продольной оси герконов4,а катушки 9 соединены между собой таким образом, что эти пластинчатые сердечники образуют разноименные полюса. Обе полости диэлектрического корпуса 7 залиты эпоксидным компаундом 12. Обмотка 9 возбуждения системы распределения импульсов подключена к блоку управления.

Вентиль работает следующим образом.

При подаче сигнала на обмотку 9 герконы 4 замыкаются. При этом в той ветви, на которой в данный момент имеется положительное напряжение, по цепочке: анодный

вывод ветви, геркон 4, ограничительный резистор 6, диод 5, переход управляющий электрод - катод первого тиристора, анод следующего тиристора и т.д., катодный вывод ветви, начинает протекать ток управления, который отпирает все тиристоры рассматриваемой ветви. При смене полярности напряжения на выводах вентиля аналогичным образом включаются тиристоры другой ветви. После снятия управляющего

сигнала с катушек 9 герконы 4 размыкаются и вентиль запирается при ближайшем переходе синусоиды коммутируемого тока через нулевое значение.

Предлагаемый вентиль реализован на

основе высоковольтных тиристров Т143- 400-18 и герконов МКА-52141А и внедрен на научно-техническом предприятии Элкон (г.Харьков) в разрабатываемой системе бесконтактной селективной коммутации модуляторных шкафов изделия 88Н6.

Таким образом, предлагаемый вентиль более надежен, чем известный.

Формула изобретения

1. Высоковольтный полупроводниковый

управляемый вентиль, содержащий две антипараллельно включенные ветви последовательно соединенных тиристоров, каждая из которых содержит диод и ограничительный резистор в цепи управления, а также

блок распределения импульсов управления, выполненный на герконе с обмоткой возбуждения, между которыми расположен высоковольтный изолятор, причем обмотка возбуждения предназначена для подключения к блоку управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в каждую из упомянутых ветвей введены дополнительные герконы и диоды, количество Пг которых для одной ветви выбрано из соотношения

nr UB/Ur: пд ив/ид, где UB - рабочее напряжение вентиля;

Ur - рабочее наряжение одного геркона; 1)д - рабочее обратное напряжение одного диода,

все герконы и диоды расположены вдоль ветви тиристоров и включены в цепь управления первого от анода данной ветви вентиля и каждого i-ro тиристора:

lr 1 +(Ur/UT); д 1 +(UA/UT), где ir - порядковый номер очередного тиристора, в управляющую цепь которого включен геркон;

1Д- порядковый номер очередноготири- стора, в управляющую цепь которого включен диод;

UT - рабочее напряжение одного тиристора,

а ограничительные резисторы включены в цепь управления одного из тиристоров каждой ветви, причем все герконы, диоды, огра- ничительный резистор и переходы управляющий электрод - катод всех тиристоров данной ветви образуют собой после- довательную цепь.

2. Вентиль по п.1,отличающийся тем, что высоковольтный изолятор блока распределения импульсов управления вы- полней в виде диэлектрического корпуса прямоугольной формы с двумя полостями, разделенными общим дном, в одной из которых размещена обмотка возбуждения, а во второй - герконы, между которыми рас- положены диэлектрические перегородки, образующие отдельные секции, в которых с выводами, перпендикулярными их продольной оси, расположены герконы, при этом

высота перегородок превышает диаметр колбы герконов, обмотка возбуждения выполнена в виде четырех катушек, размещенных по углам прямоугольной полости и снабженных цилиндрическими ферромагнитными сердечниками, оси которых параллельны между собой, а также четырьмя пластинчатыми ферромагнитными сердечниками, соединяющими попарно цилиндрические ферромагнитные сердечники так, что цилиндрические ферромагнитные сердечники каждой катушки оказываются магнитно соединенными своими концами с концами цилиндрических ферромагнитных сердечников двух соседних катушек, причем пластинчатые ферромагнитные сердечники, расположенные на дне упомянутой полости, расположены перпендикулярно продольным осям герконов, длина пластинчатых ферромагнитных сердечников равна ширине ряда герконов, а катушки соединены между собой так, что соседние пластинчатые ферромагнитные сердечники образуют разноименные полюса, обе полости диэлектрического корпуса со всеми упомянутыми элементами залиты эпоксидным компаундом, причем уровень заливки секций превышает диаметр герконов, но меньше высоты перегородок.

9 7

Использование: в электротехнике, а именно в высоковольтных преобразователях. Сущность изобретения: устройство содержит тиристоры 1, R-цепи 2, RC-цепи З, герконы 4, диоды 5, резисторы 6 и блок управления. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

9 7 о-I -

с

8 4

5-5