Устройство для выключения тиристора Советский патент 1992 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в автономных инверторах, преобразователях частоты, где необходимо принудительное выключение тиристоров.

Цель изобретения - упрощение конструкции, снижение потерь мощности, повышение точности поддержания пред- коммутационного значения напряжения на накопительном конденсаторе.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для выключения тиристора.

Тиристор 1 подключается параллельно выводам коммутационной цепи, содержащей управляемый ключ 2 и накопительный конденсатор 3, соединенные последовательно, блок 4 независимого заряда накопительного конденсатора 3, подключенный параллельно накопительному конденсатору 3, импульсный трансформатор 5, первичная обмотка 6 которого через обратный диод 7 подключена параллельно нагрузке 8, а вторичная обмотка 9 через отсекающий диод 10 подключена встречно-параллельно накопительному конденсатору 3, второй тиристор 11, силовыми выводами подключенный встречно-параллельно нагрузке 8, логический блок управления 12, выход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа 2, и одновибратор-усилитель 13, инверсный динамический вход которого подключен к выходу логического блока управления 12, а выход - с управляющим входом второго тиристора 11.

На диаграммах фиг. 2 показано:

а)- форма напряжения управления Uy2 на управляющему входе управляемого ключа 2;

б)- форма напряжения Us на накопительном конденсаторе 3;

в)- форма тока 11 в анодной цепи тиристора I;

г)- форма тока 1з в накопительном конденсаторе;

&

Ё

а

ю ю

Ч)

ю

д)- форма тока le в обмотках импульсного трансформатора;

е)- форма управляющего напряжения Uyii на входе второго тиристора;

ж)- форма тока In в анодной цепи второго тиристора 11.

Обеспечение равенства разряда и заряда накопительного конденсатора 3 обеспечивается равенством временных интервалов процессов разряда изаряда, что соответствует равенству интервала квазиустойчивого состояния одновибратора-усилителя 13 интервалу коммутации и определяется точностью настройки схемы,

Устройство для выключения тиристора работает следующим образом,

В исходном состоянии тиристор 1 включен и по нему протекает ток нагрузки 8. Накопительный конденсатор 3 заряжен до напряжения, достаточного для осуществления коммутации тиристора 1. Диоды 7. 10 и второй тиристор 11 закрыты,

В момент времени ti, когда необходимо выключить тиристор 1, логический блок управления 12 вырабатывает сигнал,поступающий на вход управляемого ключа 2 и на инверсный динамический вход одновибратора-усилителя 13. Управляемый ключ 2 включается и к тиристору 1 прикладывается напряжение заряженного конденсатора 3 Под действием напряжения заряженного конденсатора 3 ток тиристора 1 переходит на коммутационную цепь. Тиристор 1 обесточивается и выключается. Управляемый ключ 2 остается во включенном состоянии в течение интервала времени , достаточного для восстановления запирающих свойств тиристора 1. В течение интервала времени ti-t2 накопительный конденсатор 3 разряжается током нагрузки 8 и напряжение на нем несколько снижается. Амплитуда снижения напряжения зависит от величины тока нагрузки и емкости конденсатора 3, поэтому емкость конденсатора 3 должна быть выбрана такой, чтобы при максимальном токе нагрузки амплитуда пульса- ций напряжения на конденсаторе не превышала допустимой амплитуды пульсаций для выбранного типа конденсатора.

В момент времени t2 логический блок управления 12 снимает выходной сигнал. Управляемый ключ 2 выключается. Нагрузка 8 отсоединяется от источника питания, а ток нагрузки замыкается в контуре: 8-7-6-8, т.е. протекает по цепи первичной обмотки б импульсного трансформатора 5. Во вторичной обмотке 9 импульсного трансформатора 5 протекает ток. Направление этого тока таково, что накопительный конденсатор 3 заряжается. При равном числе витков обмоток импульсного трансформатора 5 ток заряда конденсатора равен току нагрузки, т е. при

.

где W - число витков в обмотке; I - ток в обмотке.

В момент времени t2 под действием отрицательного фронта сигнала управления

логического блока 12, поступающего на инверсный динамический вход одновибратора-усилителя, запускается одновибратор-усилитель 13, который спустя заданную задержку времени , равную интервалу коммутации,

выдает выходной сигнал и включает обратный тиристор. Под действием напряжения на первичной обмотке 6 импульсного трансформатора 5, равного напряжению на его вторичной обмотке, т.е. равного напряжению на накопительном конденсаторе 3, диод 7 закрывается, ток нагрузки 8 замыкается через открытый обратный тиристор 11. Диод 10 также закрывается. Так как интервал дозаряда задан равным интервалу коммутации ti-ta и ток нагрузки в течение этих интервалов неизменный, то снижение напряжения накопительного конденсатора в интервале коммутации равно его повышению в интервале дозаряда, т.е. так как

(t1-t2) (t2-t3) И lv,(tl-t2)H(t2-t3), ТО

Л I - (t1 t2) - н(2 t3) л , , А иразр- - A Usap

уровень напряжения на конденсаторе в предкоммутационный момент времени не зависит от фактического значения тока нагрузки.

В момент времени t4 в соответствии с

алгоритмом работы устройства включается тиристор 1, и для его выключения в момент времени ts все процессы в схеме повторяются.

И в известном и в заявляемом техническом решении длительность интервала коммутации, в течение которого происходит разряд накопительного конденсатора 3, определяется длительностью интервала восстановления запирающих свойств тиристора и задается с некоторым запасом

0

(t1-t2),

где tec - схемное время выключения тиристора;

5 te - время восстановления запирающих свойств тиристора в прямом направлении;

к3 - коэффициент запаса.

Дозаряд накопительного конденсатора в известном техническом решении осуществляется в два этапа: током нагрузки за время перемагничивания сердечника импульсного трансформатора под действием напряжения, приложенного к первой первичной обмотке в интервале импульса и током нагрузки за время перемагничивания сердечника под действием напряжения, приложенного к второй первичной обмотке в интервале паузы. В силу нелинейности характеристики перемагничивания сердечника трансформатора при изменении тока нагрузки энергетический баланс процессов разряда и дозаряда конденсатора нарушается. Выравнивание энергетического баланса в известном устройстве достигается за счет энергии источника питания через устройство автономного дозаряда, что обуславливает необходимость применения устройства автономного дозаряда относительно высокой установленной мощности. Обеспечение дозаряда накопительного конденсатора в два этапа приводит к необходимости усложнения конструкции импульсного трансформатора, выполняемого с четырьмя обмотками, что, в свою очередь, усложняет технологию его изготовления, а необходимость выполнения импульсного трансформатора с сердечником, насыщающимся за заданное время, усложняет его проектирование и расчет, тогда как в предложенном техническом .решении точность измерения длительности интервала определяется точностью настройки схемы, Кроме того, протекание тока нагрузки по цепи первой первичной обмотки в течение интервала проводимости и по цепи второй первичной обмотки в течение интервала паузы является причиной относительно высоких потерь в меди обмоток. Стремление снизить уровень потерь в обмотках путем снижения их активного сопротивления сопровождается необходимостью завышать установленную мощность импульсного трансформатора, а значит, и его габариты. В предложенном техническом решении ток первичной обмотки импульсного трансформатора 5 протекает только в интервале дозаряда накопительного конденсатора, который существенно меньше интервала паузы, следовательно, потери мощности в импульсном трансформаторе снижаются.

Изобретение по сравнению с известным устройством позволяет упростить конструкцию, облегчить проектирование и расчет импульсного трансформатора; сни- 5 зить установленную мощность устройства независимого дозаряда накопительного конденсатора, который в предложенном техническом решении служит только для обеспечения предварительного заряда

0 конденсатора при пуске схемы; исключить зависимость разбаланса энергии в процессах разряда и дозаряда накопительного конденсатора от изменения тока нагрузки; снизить потери мощности в об5 мотках дозарядного импульсного трансформатора; повысить точность поддержания напряжения на накопительном конденсаторе в предкоммутационный момент времени

0

Формула изобретения Устройство для выключения тиристора, содержащее коммутационную цепь, выполненную в виде последовательно соединен5 ных ключа и накопительного конденсатора и предназначенную для подключения параллельно тиристору, блок независимого заряда накопительного конденсатора, подключенный параллельно накопительному

0 конденсатору, импульсный трансформатор, первичная обмотка которого через обратный диод предназначена для подключения встречно-параллельно нагрузке, а вторичная обмотка - через отсекающий диод подключе5 на встречно-параллельно накопительному конденсатору, отличающееся тем, что, с целью снижения потерь мощности, упрощения, и повышения точности поддержания предкоммутационного напря0 жения на накопительном конденсаторе, ключ в коммутационной цепи выполнен управляемым, введены дополнительный тиристор, логический блок формирования управляющих импульсов и одновибратор5 усилитель, инверсным входом подключенный к выходу логического блока формирования управляющих импульсов и управляющему входу управляемого ключа, а выходом - к управляющему входу допол0 нительного тиристора, который силовыми выходами предназначен для встречно-параллельно подключения к нагрузке.

Цель изобретения - упрощение конструкции, снижение потерь мощности, повышение точности поддержания предкоммутационного значения напряжения на накопительном конденсаторе достигается тем, что после проведения коммутации заряд конденсатора восстанавливается благодаря протеканию тока нагрузки по цели первичной обмотки импульсного трансформатора. Дозаряд прекращается по истечении интервала времени, задаваемого одновибратором-усилителем путем включения обратного тиристора. 2 ил.