Устройство для формирования импульсов управления Советский патент 1977 года по МПК H02M1/08 H02P13/16 

1

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам для формирования импульсов управления носледовательно соединенными тиристорами высоковольтных иреоб|разовательных блоков, н предназначено для использования в следящих системах управления.

Формирователь импульсов управления (ФИУ) является конечным звеиом в цепи системы управления, назиачением которого является формироваине импульсов управления с параметрами, обеспечивающими наивыгоднейший процесс включения силовых тиристоров.

Для этого импульсы управления должны иметь высокую скорость нарастания тока (до 3-5 а/мк сек) и значительную амплитуду тока (до 3-5а) на начальном участке.

Для обеспечения уверенного включения тиристоров величина тока должна быть не менее 0,8 а на остальном участке импульса.

Длительность импульса управления при наличии следящей системы (ДНИ и БЛ) должна превышать длительность половины периода колебательных процессов, возникающих в силовой цепи блока после его включения и обусловленных паразитными индуктивностями и емкостями силовой цепи. Анализ работы ВТБ в преобразовательных мостах показывает, что в этих целях длительность импульса должна быть 80-100 мксек.

Принцип работы следящей системы предъявляет дополнительные требования к ФИУ в части малого времени восстановления. Связано это с тем, что при работе преобразователей в режимах прерывистого тока, в частности в режиме О-1, интервалы времен между следующими друг за другом переходами напряжения на ВТБ через нуль от отрицательных к положительным значениям оиределяются нараметрами элементов иреобразователей и могут быть различными для разных преобразователей. Для обеспечения возможности иснользования в высоковольтных тир1:сторных блоках, работающих в преобразователях с любыми иараметрами элементов, к ФИУ предъявляется требование постоянной готовности к работе и способности формировать управляющий импульс сразу же после окоичапия предыдущего ун.равляющего импульса.

Питание ФИУ целесообразно осуществлять отбором мощности, протекающей по цепи делителя напряжения по тиристорам ВТБ. Такой способ нптания ФИУ является на более рацнональным, так как не требует введения дополнительных цепей в схему ВТБ. Однако возможности такого способа питания ограничены величиной тока, протекающего по цени дел теля. Увеличение тока в цепи делителя приводит к увеличению рассеиваемой мощности на

резисторах, что усложняет проблему охлажде1111Я ВТБ. Поэтому величипы сопротпвлс и1Й резисторов нежелательно выбирать ниже тех значений, которые требуются для целей деления напряжения (обыч1 о эта величина еоетавляет 12-20 ком).

Как ноказывают расчеты, величина тока в цени делителя в нормальных режимах ВТБ (выирямительном или инверторном) составляет 15-25 ма. Среднее значение тока управления ирн амилитуде импульса ,5 а и длительности 100 МКС составляет:

Iti-tu 1,51(К)-()-б : - ,0075-10- -:7,5 ма;

/

ср.у.

при этом нмеетея в виду нормальный режим работы ВТБ, при котором нрерывистые токн отс)тствуют II за иериод требуется одни импульс управления. Как видно, в этом случае ннтанне ФИУ обеспечено с небольшим запасом (в расчете не учтен к.п.д. ФИУ). Однако этот баланс нарушается, как только нарушается установившийся режим работы ВТБ (изменение иглов зажигания в сторону увеличения и т. д.) и за период требуется не один, а несколько нмнульсов управления. Облегчаюшим обстоятельством является ограниченное время переходпых процессов (менее 1 сек). За это время иптание ФИУ может быть осуществлено от энергонакопителей (например, конденсаторов большой емкости).

Как видио из ириведенного примера, энергетические заиасы питания ФИУ весьма малы и имеются только в случае иолпого использования всех гармонических составляющих тока цепи делителя и достаточио высокого к.п.д. ФИУ.

Другая особенность способа питания ФИУ заключается в том, что ВТБ должеи работать как в выпрямительном, так и в инверторном режиме, прн этом в выпрямительном режиме к блоку ирИКладывается в основном обратные напряжения, а в инверторном - прямые. Поэтому схема ФИУ должна быть иостроена так, чтобы обеспечивалось ее питание в обоих режимах с использоваиием всех гармопик тока.

Известны схемы формирования импульсов, с иснользоваиием энергонакопнтелей, разряжающихся через ключ на цень унравленпя тирнсторов.

В частности, известны системы управления высоковольтными тиристорными блоками, питание которых осуществляется отбором мощности от силовой цени ВТБ через выпрямительный мост. Иснользоваиие такой схемы питания нежелательно, так как требует применения либо им:нульсного трансформатора в цепи управления тиристора либо трансформатора в цени питания ФИУ. Однако оба эти варианта непригодны, так как в первом случае импульсный трансфорМатор уменьшает скорость нарастания тока управления и сннжает к.п.д. и быстродействие ФИУ, а во втором - не используется постоянная составляющая тока делителя, имеющая значительную величину, и должен быть применен довольно сложный трансформатор.

В отличие от известных нредлагаемая схема ФИУ обеспечивает питание как в выпрямительном, так и в инверторном режиме без при.менения трансформаторов и при достаточно высоких к.п.д. и быстродействии.

Это достигается тем, что в предложенном устройстве применены два накопительных копдс1иатора, включенных соответственно в цепь упшоляющего электрода силового тиристора II в nciib, шунтирующую TiipHCTop, и разряжающихся через общий ключ, причем в цепь уиравляющего электрода включена доиолнитель110 ускоря101цая RC-цепочка.

Для подачи отрицательного с.мсщения на управляюшнй электрод силового тиристора, с и,елыо увеличения допустимых скоростей нарастания прямого напряжения в схему формирователя введены дополнительно диоды, соединенные последовательно между собой н включенные параллельно ключу, нрнчем щунтнрующая цень носледующего тиристора силовой цепи подключена не непосредственно к его аноду, а к точке соедннения указанных диодов. Параллельно резистору шунтирующей цени включен конденсатор.

Па фиг. 1 ириведена прииципиальная схема предлагаемого формирователя; на фиг. 2 - то же с отрицательиым емещением унравляlouiero электрода; на фиг. 3 - форма импульеов II их параметры.

Для обеспечения ннтання в выирямительном и ииверторном режимах работы ВТБ в схеме ФИУ имеется два энергонакопителя - конден,саторы Ci и Cj. При прямом напряжении на ВТБ заряжается конденсатор С2 через резистор R и диод DI. Прн отрицательном нанряжении заряжается коиденсатор Ci через диод DZ, резистор R2, диод DZ и резистор R. Та-кИ:М образом, независимо от режима работы ВТБ в формирователе оказывается заряженным хотя бы однн энергонакопитель. При отпирании тиристора 4 для конделсаторов Ci н С образуется общая цень разряда, включающая управляющий нереход силового тиристора.

Включеиие тиристора Di, осуществляется имиульсами, иоступающими с блока импульсных трансформаторов. Выключение благодаря

9сиаданню анодного тока в диоде в связи с перезарядом контура, образованного дросселем Др н конденсатором Сз. Резистор ограничивает ток разряда конденсаторов Ci н С.

Конденсатор С. служит для получения ника в начале имнульса управления, что ускоряет процесс включеиия силового тиристора и увеличивает его устойчивость к большим - .

Параметры импульсов управления, полученные на макетном образце формирователя, показаны на фиг. 3. Время воестановлення формирователя столь мало, что повторяющиеся имнульсы управления могут сливаться. Схема ФИУ, показанная на фиг. 2 отличается

от схемы описанной выше, тем, что она обеспечивает подачу отрицательного смещения на управляющий электрод силового тиристора и тем самым позволяет увеличить допустимые скорости нарастания прямого напряжения на тиристоре. Эта схема содержит энергонакопительные конденсаторы Ci и Сз, тиристорный ключ Di с запирающим LC-контуром (Сз-Др) и КС-цепоч;ку (RzC), включенную последовательно с управляющим электродом тиристора, назначение и принцип работы которых совпадают с аналогичными узлами, показанными на фиг. 1. Дополнительными элементами схемы являются диоды DS, De, конденсатор С D стабилитрон Dj. Диоды DO и D обеспечивают протекание тока заряда конденсаторов Ci и С через управляющий переход тиристора Т в обратном направлении. При прямом напряжении на тиристоре TI ток заряда протекает по цепи RI, Dg, €2, управляющий электрод тиристора 2, GI, D-y. При обратном напряжении- De, €2, управляющий переход тиристора , Ci, Пз, Ri. Таким образом, для создания отрицательного смещения на управляющем электроде тиристора используется тот же ток, киторый заряжает энергонакопительные коиденсаторы Ci и С2, при этом не требуется введения в схему дополнительных энергонакопителей и ценей их заряда и вследствие этого повышается к.п.д. ФИУ с отрицательным смещением. Для увеличения тока смещения на управляющем электроде тиристора в моменты крутых скачков напряжения параллельно резистору 1 подключена ускоряющая емкость Сб. Для защиты управляющего перехода тиристора от обратных напряжений, величина которых превосходит предельно допустимые значения, параллельно управляющему электроду подключен стабилитрон Dj. Диод Dg предотвращает шунтирование управляющего электрода стабилитроном D- в момент подачи управляющего импульса. Формула изобретения 1. Устройство для формирования имнульсов управления, например, для цепочки из л-последовательно соединенных тиристоров высоковольтного преобразовательного блока, питающееся иосредством отбора мощности от силовой цепи, и содержащее п формирователей импульсов, каждый из которых имеет два накошггельных конденсатора, разряжающихся на цепь управления соответствующего силового тиристора через донолнительный тирнсторный ключ и включенный параллельно ему ко.тебательный LC-контур, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, к.п.д. п быстродействия при работе блока как в выпрямительиом, так и в инверториом режлмах, каждый из накопительных конденсаторов формирователя подключен через диоды соответственно уиравляющему электроду силового тиристора и к резистивной цепи, шунтирующей тиристор со стороны его катода, иричем дополнительный к«тюч включен между указанными конденсаторамп, а в цепь управляющего электрода силового тиристора включена ускоряющая RC-цепочка. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью увеличения допустимых скоростей нарастания прямого напряжения, параллельио доиолнительному тиристорному ключу включена цепочка из двух последовательно соединенных диодов, к точке соединения которых подключен анод тиристора шунтирующей цепи последующего силового тиристора блока, иричем параллельно резистору шунтирующей цепи включен конденсатор, а параллельно управляющему переходу силового тиристора - стабилитрон.

1

/.