Тиристорный регулятор напряжения Советский патент 1993 года по МПК H02M1/08 H02M1/88 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для устройств управления электроприводами, сварочными агрегатами и другим мощным электрооборудованием.

Цель изобретения - обеспечение повышенной устойчивости к перегрузкам и к высоким скоростям нарастания тока в цепи тиристорных ключей.

Каждый интегрирующий элемент подключен параллельно соответствующему дросселю, выходы интегрирующих элементов через пороговые элементы подключены к входам N-входового элемента ИЛ И, Выход последнего подключен к первым входам двухвходовых элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к выходам распределителя импульсов. Выходы двухвходовых.

со

лементов ИЛИ подсоединены к входам лока гальванической развязки.

. Величина индуктивности дросселя L дотаточно мала, и в номинальном режиме работы регулятора ее влияние незначительно.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство тличается наличием новых элементов: росселей, интегрирующих и пороговых лементов, N-входового и двухвходбвых элементов ИЛИ и их связями с остальными элементами схемы.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что известно применение дросселей при параллельном включении полупроводниковых вентилей в качестве уравнительных элементов в номинальном режиме работы.

Существенным отличием заявляемого тиристорного регулятора является то, что дополнительно введенные функциональные элементы в указанной связи с остальными элементами схемы и при заданной величине придают устройству новые свойства, приводящие к обеспечению повышенной устойчивости к перегрузкам, а также высоким скоростям нарастания тока при включении активной нагрузки.

На чертеже представлена функциональная схема тиристорного регулятора напряжения.

,1 Регулятор напряжения содержит параллельно включенные тиристорн.ые ключи 1.1- 3.1, 1.2-2.2, ... 1,п-2.п и соединенные последовательно с каждым ключом дроссели 3.1, 3.2, ... Зп. Весь этот блок соединен последовательно с нагрузкой 4 и силовыми клеммами 5 источника питания (сети). Блок импульсно-фазового управления б выполнен .по одной из типовых схем, его выход соединен с управляющим входом распределителя импульсов 7, информационные входы которого соединены с выходами кольцевого счетчика периодов сети с дешифратором 8. Вход счетчика 8 соединен с выходом нуль-органа 9, входы которого, так же как и входы блока б, подключены к клеммам 5 сети. Выходы распределителя импульсов 7 соединены с вторыми входами двухвходовых элементов ИЛИ 10.1, 10.2, ... Ю.п, выходы последних подключены к входам блока гальванической развязки 11. Выходы блока 11 соединены с управляющими электродами тиристорных ключей 1.1-2.1, 1.2-2.2, ... 1.П-2.П. Параллельно дросселям подключены интегрирующие элементы 12.1, 12.2, ... 12.п и пороговые элементы 13.1, 13.2, ... 13.п, выходы которых соединены с входами N-входоврго элемента ИЛИ 14. Выход элемента 14 подсоединен к первым входам двухвходовых элементов 10.1, 10.2, ... Ю.п.

Тиристорн ый регулятор напряжения работает следующим образом.

Блок импульсно-фазового управления б формирует на выходе импульсы, фаза которых относительно синхронизирующего напряжения сети определяется величиной

0 иэад. Импульсы с выхода блока 6 поступают на вход распределителя импульсов 7. С другой стороны, нуль-орган 9 при переходе напряжения сети через нуль формирует импульсы, поступающие на вход кольцевого

5 счетчика периодов сети с дешифратором 8. С выходов последнего сформированные в требуемой комбинации импульсы поступают на информационные входы распределителя импульсов 7, где происходит

0 формирование управляющих импульсов jpe6yeMofl комбинации и фазы. Эти импульсы через элементы 10.1, 10.2, ... 10. п и блок 11 подаются на управляющие электроды тиристоров, включая поочередно их в зацан5 ной комбинации и фазе.

При возникновении перегрузки или короткого замыкания в цепи нагрузки падение напряжения на дроссель в цепи открытого в этот момент тиристорного ключа возраста0 ет, создавая благоприятные усло&ия для включения параллельно соединенных однонаправленных тиристоров по сигналу управления, вырабатываемому пороговыми устройствами 13.1, 13.2,... 13.п. Этот сигнал

5 через N-вхОдовый эле ментИЛИ 14,двухвхо- довые элементы ИЛИ 10.1, 10.2, ... 10.п и блок гальванической развязки 11 поступает сразу на управляющие электроды всех тиристоров. Одновременное включение всех од0 ненаправленных параллельно соединенных тиристоров в момент возникновения перегрузки позволяет снизить нагрузку каждого из тиристоров на время срабатывания максимальной защиты силовой цепи,

5 Интегрирующие элементы 12.1, 12.2, ... 12.л предназначены для предотвращения ложных срабатываний от помех и повышенных скоростей нарастания тока при включении активной нагрузки.

0 Наличие дросселей, даже с учетом того, что их индуктивности незначительны, обеспечивает защиту тиристоров от повышенной скорости нарастания тока в случае работы на активную нагрузку.

5 Кроме того, введение дополнительных дросселей в цепи тиристорных ключей способствует надежному одновременному включению параллельно соединенных однонаправленных тиристороз при перегрузках и коротких замыканиях, более

равномерному распределению тока в одновременно включенных тиристорах, ограничивает ток перегрузки или короткого замыкания. Дроссель служит также датчиком тока нагрузки или короткого замыкания. Пример. Тиристорный регулятор напряжения был реализован на микросхемах серии 564, 1006ВИ1. 140УД7 (нуль-орган, блок импульсно-фазового управления), ЗОТ127Б (пороговый элемент), оптотиристо- pax ТО-132-25-10 (блок гальванической развязки), а также на диске™ых компонентах. В качестве элементов ключей использованы тиристоры Т153-630 с охладителями (6 шт.). Величина индуктивности дросселя определялась из условия, что действующее значение тока перегрузки составляет 4000 А:

12

314 V2 4000

6,75 .

Скорость нарастания тока при активной нагрузке (худший случай) определялась из выражения

u - i di Um-L -,

где Um - амплитудное значение напряжения сети.

Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии тиристора Т153-630 (паспортные данные) - 100 А/мкс.

Таким образом, цель изобретения - обеспечение повышенной устойчивости к перегрузкам и к высоким скоростям нарастания тока в цепи тиристорных ключей - достигнута.

Регулятор может быть применен в мощных преобразователях и электроприводах.

Формула изобретения

Тиристорный регулятор напряжения, содержащий две силовые клеммы, предназначенные для включения последовательное нагрузкой между клеммами сети перемен- HorojOKa, для подключения к которым назначены входные выводы блока импульсно-фазового управления и входные

выводы нуль-органа, выход которого соединен с входом кольцевого счетчика периодов, выход которого соединен с входом дешифратора, N выходов которого соединены с N

соответствующими информационными входами распределителя импульсов, управляющий вход которого соединен с выходом блока импульсно-фазового управления и N пар встречно-параллельно включенных ти- ,

ристоров, первые общие силовые выводы которых в каждой паре соединены с одной из силовых клемм, а их управляющие электроды соединены с соответствующими выхо- дами блока гальванической развязки, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения устойчивости к перегрузками высоким скоростям нарастания тока, введены N дроссели, N интегрирующих элементов, N пороговых элементов, N-входовый элемент

ИЛИ и N двухвходовых элементов ИЛИ, выходы которых соединены с соответствующими входами блока гальванической развязки, первые входы соединены с соответствующими выходами распределителя импульсов, а вторые входы соединены с выходом N-входового элемента ИЛИ, вхо; .ды которого соединены с выходами соответствующих пороговых элементов, входы которых соединены с выходами соответствующих интегрирующих элементов, входные выводы которых включены параллельно соответствующим дросселям, включенным между вторыми общими силовыми выводами тиристоров соответствующих пар и другой силовой клеммой, причем индуктивность L каждогоъз дросселей равна

40

L

Ud

(to V2 1„р)

где Ud - анодное напряжение на закрытом тирйсторе, обеспечивающее надежнее отпирание тиристора;

45 о) - круговая частота переменного тока сети;

Irtp - максимально допустимое действующее значение тока через тиристор.

3.1

/,/

tl

Сущность изобретения: устройство содержит силовые клеммы, предназначенные для включения последовательно с нагрузкой между клеммами сети переменного тока, для подключения к которым предназначены входные выводы блока им- пульсно-фазового управления и входные выводы нуль-органа, выход которого соединен с входом кольцевого счетчика периодов, выход которого соединен с входом дешифратора, N выходов которого соединены с N соответствующими информационными входами распределения импульсов, управляющий вход которого соединен с выходом блока импульсно-фазового управления, и N пар встречно-параллельно включенных ти- ристоров, первые общие силовые выводы которых в каждой паре соединены с одной из силовых клемм, а их управляющие электроды соединены с соответствующими выходами блока гальванической развязки, выходы N двухвходовых элементов ИЛИ соединены с соответствующими входами блока гальванической развязки, первые входы которых соединены с соответствующими выходами распределителя импульсов, а вторые входы соединены с выходом М-входово- го элемента И, входы которого соединены с выходами N соответствующих пороговых элементов, входы которых соединены с выходами N соответствующих интегрирующих элементов, входные выводы которых включены параллельно соответствующим N дросселям, включенными между вторыми общими выводами силовыми выводами ти- ристоров соответствующих пар и другой силовой клеммой. 1 ил. ел С со ю А VJ

3.2 .

З.П

V

2.2

/.2

И

АЛ 1

/ ж

- 4I

/

л/

i

/аяУзад-Ъ

((

/

/

/Л/7

/Г7

Г$

/

/г

7

8

7Г

/ /