Устройство для формирования импульсов управления Советский патент 1979 года по МПК H02M1/08 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для отпирания тиристоров силовых преобразовательных установок.

Известно устройство для формирования импульсов управления по осн. авт. св. № 465700, которое содержит две идентичные ячейки, питающий трансформатор, два тиристора, коммутирующий конденсатор и выходной импульсный трансформатор. Каждая из ячеек выполнена в виде последовательной цепочки из зарядного диода и накопительного конденсатора и подключена котдельной вторичной обмотке питающего трансформатора. Тиристоры своими анодами подключены к катодам зарядных диодов. Катоды тиристоров соединены между собой цепью, содержащей последовательно соединенные коммутирующий конденсатор и первичную обмотку выходного трансформатора. Кроме этого, катод каждого тиристора подключен к точке соединения вторичной обмотки питающего трансформатора и накопительного конденсатора той ячейки, к которой подключен своим анодом другой тиристор.

На вторичных обмотках выходного трансформатора получают импульсы напряжения или тока экспоненциальной формы со сдвигом по фазе на 180 эл. град.

Однако это устройство имеет повышенную установленную мощность коммутирующего и накопительного конденсаторов. Увеличенная установленная мощность накопительных конденсаторов приводит к тому, что увеличивается установленная мощность питающего трансформатора и повышается расход электроэнергии. Известное устройство формирует импульсы экспоненциальной формы, которая отличается от оптимальной для тиристоров формы, поэтому это устройство потребляет много электроэнергии и имеет невысокий КПД.

Целью изобретения является улучшение формы импульсов управления тиристорами и повышение КПД устройства формирования.

Поставленная цель достигается тем, что параллельно коммутирующему конденсатору подключен симметричный ограничитель напряжения.

В качестве симметричного ограничителя напряжения могут быть использованы: симметричный стабилитрон, цепочки из последовательно и встречно включенных несимметричных стабилитронов, диодный мост, к выходу которого подключен несимметричный стабилитрон.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства с симметричным ограничителем напряжения, который имеет диодный мост и несимметричный стабилитрон; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит питаюш,ий трансформатор 1 с первичной обмоткой 2, вторичными обмотками 3 и 4, зарядные диоды б и 6, накопительные конденсаторы 7 и 8, тиристоры 9 и 10, выходной трансформатор И с первичной обмоткой 12 и вторичными обмотками 13 и 14, диоды 15 и 16, коммутирующий конденсатор 17, симметричный ограничитель напряжения 18, имеющий диодный мост 19 и несимметричный стабилитрон 20.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

Ui - напряжение первичной обмотки 2 питающего трансформатора 1; , 3-- напряжение на накопительных

конденсаторах 7 и 8; U - напряжение на коммутирующем конденсаторе 17; (/5-напряжение первичной обмотки 12 выходного трансформатора И.

С момента времени ti, который соответствует началу нроводящего для зарядного диода 6 полупериода напряжения первичной обмотки 2 питающего трансформатора 1, устройство работает следующим образом.

В момент времени /2 напряжение вторичной обмотки 4 питающего трансформатора 1 достигает напряжения, до которого разрядился накопительный конденсатор 8 в нредыдущий нолупериод. В этот же момент времени накопительный конденсатор 8 начинает заряжаться от напряжения, равного напряжению стабилизации ограничителя 18 (стабилитрона 20), до амплитудного значения синусоидального напряжения вторичной обмотки 4 питающего 1рансформатора 1.

В интервале времени ti-t рассматриваемого полупериода продолжается начавшийся в предыдущем полупериоде разряд коммутирующего конденсатора 17 и его напряжение имеет величину, близкую к напряжению стабилизации стабилитрона 20.

В этот же нолупериод в момент времени 3, соответствующий углу а регулирования фазы импульсов управления, открывается тиристор 9 и начинается разряд накопительного конденсатора 7, заряженного в предыдущий полупериод до амплитудного значения синусоидального напряжения вторичной обмотки 3 питающего трансформатора 1. В интервале времени напряжение на коммутирующем конденсаторе 17 меньще напряжепия стабилизации стабилитрона 20 и ток разряда накопительного конденсатора 7 протекает только по коммутирующему конденсатору. В рассматриваемом интервале времени напряжение на коммутирующем конденсаторе уменьшается до нуля, меняет полярность и затем увеличивается.

В момент времени f этого же полупериода напряжение на коммутирующем конденсаторе 17 достигает напряжения стабилизации стабилитрона 20. С этого момента времени ток разряда накопительного конденсатора 7 начинает протекать но параллельным целям, одна из которых образована коммутирующим конденсатором 17, вторая не проводивщими ток в предыдущей полупериод двумя диодами моста 19 и стабилитроном 20. В интервале времени напряжение на коммутирующем конденсаторе 17 больше напряжения стабилизации стабилитрона 20 и ток разряда накопительного конденсатора 7 протекает по этим нараллельным цепям.

В момент времени t рассматриваемого интервала напряжение на накопительном конденсаторе 7 и напряжение на коммутирующем конденсаторе 17 достигают напряжения стабилизации стабилитрона 20, тиристор 9 запирается и процесс формирования импульса управления заканчивается. В интервале времени рассматриваемого иолупериода напряжение на накопительном конденсаторе 7 равно нанряжению стабилизации стабилитрона 20. В этом же интервале времени коммутирующий конденсатор 17 разряжается. Ток разряда коммутирующего конденсатора 17 протекает по двум диодам моста 19, которые проводили ток в рассматриваемый полупериод, и ограничивается сопротивлением стабилитрона 20, которое он имеет на горизонтальном участке своей вольт-амперной характеристики. На этом участке вольт-амперной характеристики стабилитрон 20 имеет большое сопротивление. Поэтому в процессе разряда коммутирующего конденсатора Г/ его нанряжение незначительно меньше напряжения стабилизации стабилитрона 20.

В рассматриваемый нолупериод за счет энергии, накопленной конденсаторами 7 и 17, на первичной обмотке 12 выходного трансформатора И формируется имиульс напряжения, который имеет полярность, обратную полярности предыдущего импульса на этой же оОмотке.

Следующий полупериод питающего напрял ения начинается в момент времени t и является нроводящим для зарядного диода 5. В этот полупериод в момент времени 7 напряжение вторичной обмотки 3 питающего трансформатора 1 достигает величины, равной напряжению стабилизации стабилитрона 20, и накопительный конденсатор 7 начинает заряжаться от напряжения, равного нанряжению стабилизации стабилитрона 20, до амнлитудного значения изменяющегося по синусоидальному закону напряжения вторичной о&мотки 3 питающего трансформатора 1.

В интервале времени рассматриваемого полупериода продолжается разряд коммутирующего конденсатора 17, который начался в предыдущий иолупериод питающего напряжения. Напряжение на коммутирующем конденсаторе 17 в рассматриваемом интервале времени имеет величину, близкую к напряжению стабилизации стабилитрона 20.

В этот же полупериод в момент времени 8, соответствующий углу а регулирования фазы импульсов управления, открывается тиристор 10 и начинается разряд накопительного конденсатора 8, заряженного в предыдущий полупериод до амплитудного значения синусоидального напряжения вторичной обмотки 4 питающего трансформатора 1. В интервале времени /g-/g напряжение на коммутирующем конденсаторе 17 меньше напряжения стабилизации стабилитрона 20 и ток разряда накопительного конденсатора 8 протекает только по коммутирующему конденсатору 17. При этом напряжение на коммутирующем конденсаторе уменьшается до нуля, меняет полярность и увеличивается.

В момент времени tg рассматриваемого полупериода напряжение на коммутирующем конденсаторе 17 достигает напряжения стабилизации стабилитрона 20. С этого момента времени ток разряда накопительного конденсатора 8 начинает протекать по параллельным цепям, одна из которых образована коммутирующим конденсатором 17, вторая - не нроводившими ток в предыдущий полупсриод двумя диодами моста 19 и стабилитроном 20. В интервале времени напряжение на коммутирующем конденсаторе 17 больше напряжения стабилизации стабилитрона 20 и ток разряда накопительного конденсатора 8 протекает по этим параллельным цепям.

В момент времени рассматриваемого интервала напряжение на накопительном конденсаторе В и напряжение на коммутирующем конденсаторе 17 достигают напряжения стабилизации стабилитрона 20, тиристор 10 запирается и процесс формирования импульса управления заканчивается. С момента времени /ю и до конца рассматриваемого полупериода иапряжение на накопительном конденсаторе 8 равно напряжению стабилизации стабилитрона 20. В этом же интервале времени разделяется коммутирующий конденсатор 17. При этом напряжение на коммутирующем коиденсаторе 17 незначительно меньше нанряжения стабилизации стабилитрона 20.

В рассматриваемый полупериод за счет энергии, накопленной конденсаторами 8 и 17, на первичной обмотке 12 выходного трансформатора 11 формируется импульс напряжения, который имеет полярность, обратную полярности предыдущего импульса

на этой же обмотке. Далее процесс повторяется.

При поочередном отпирании тиристоров 9 и 10 происходит разряд накопительных конденсаторов 7 и 8 и перезаряд коммутирующего конденсатора 17. При этом к первичной обмотке 12 выходного трансформатора И прикладываются разнополярные импульсы напряжения, которые перемагничивают его магнитопровод. В результате этого по первичной обмотке 12 выходного трансформатора 11 протекают разнополярные импульсы тока. Импульсы тока одной полярности иередаются в нагрузку, подключенную через диод 15 по вторичной обмотке 13 выходного трансформатора 11. Пмпульсы тока другой полярностн поступают в нагрузку, которая подключена через диод 16 ко вторичной обмотке 14 выходного трансформатора 11.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получать импульсы тока, следующие с частотой переменного напряжения, которым питается устройство, и имеющие сдвиг по фазе на 180 эл. град.

Из рассмотрения работы предлагаемого устройства видно, что процесс формирования импульса имеет два качественно отличающихся временных интервала. В течение временных интервалов is-1, ts-tg и т. д., когда ток разряда накопительного конденсатора протекает по коммутирующему конденсатору и отсутствует в цепи элемента 18, имеющего симметричную стабилитронную характеристику, формируется крутой короткий пик тока значительной амплитуды, который обеспечивает четкое с минимальным временем отпирание тиристоров преобразовательной установки. В интервалы времени , и т. д., когда ток разряда накопительного конденсатора протекает по двум параллельным цепям (по коммутирующему конденсатору и по элементу с симметричиой стабилитронной характеристикой), происходит формирование поддерживающей части импульса. Поддерживающая часть имиульса удерживает тиристоры преобразовательной установки в открытом состояни при токе в силовой цепи тиристоров, меньшем тока удержания.

Предлагаемое устройство позволяет получать импульсы, которые имеют форму, более близкую к оптимальной по сравнению с формой импзльсов известного устройства. Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве в процессе формирования меняется постоянная времени цепи формирования.

При формировании пика импульса управления постоянная времени определяется результирующей емкостью последовательно соединенных накоиительного и коммутирующего конденсаторов, так как симметричный ограничитель напряжения не оказывает влияния на постоянную времени. Шунтированиё коммутирующего конденсатора симметричным ограничителем напряжения при формировании поддерживающей части импульсов управления увеличивает постоянную времени цепи формирования. В результате этого улучшается форма импульсов управления, уменьщается количество электроэнергии, расходуемой на получение импульсов, и таким образом увеличивается КПД устройства для формирования импульсов.

Формула изобретения Устройство для формирования импульсов

управления по осн. авт. св. № 465700, отличающееся тем, что, с Целью повыщения КПД и улучшения формы импульса, оно дополнительно снабжено симметричным ограничителем напряжения, подключенным параллельно коммутирующему конденсатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 465800,

1. Авторское свидетельство кл. Н 02 М 1/08, 1975.