Устройство емкостной коммутации с независимым зарядом конденсатора Советский патент 1980 года по МПК H02M1/08 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в схемах инверторов, ши™ ротно-импульсных преобразователей, схемах бесконтактного управления нагрузкой постоянного тока, т.е, там, где выключение тиристоров происходит с помощью коммутирующего конденсатора.

Известно устройство, емкостного

выключения тиристора,содержащее эа™ рядную цепь тиристор-дроссель-конденсатор и разрядную цепь с коммутирующим тиристором, подключаемую к силовой части тиристорного преобразователя 1 .

Основным недостатком известного устройства является низкий коэффициент- полезного действия и низкая надежность, вследствии больших токовых нагрузок элементов

Это обусловлено тем, что напряжение на коммутирующем конденсаторе, величиной которого в основном определяется уровень тока в. элементах схемы и, соответственно, ее КПД,как правило, значительно превышает вели чину напряжения, необходимую для гашения тока нагрузки. Причем эта избыточность напряжения на конденсаторе возрастает с ростом коэффициента ПерЪгруЗКИ (iHrmt/lHrtom ) СИЛОВОЙ части, (например в быстродействующ их электроприводах) , так как напряжение на конденсаторе рассчитывается из условия гашения максимального тока нагрузки, и, кроме того, с ростом тока нагрузки в данном устройстве происходит увеличение напря10жения на конденсаторе вследствие эффекта подкачки , обусловленного поступлением энергии, запасенной в коммутирующем дросселе от протекания по нему тока нагрузки.

15

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, в которое дополнительно введены переэарадная цепь дроссель-тиристор, шунтирующая конденсатор, причем катод этого

20 тиристора подключен к аноду коммутирующего тиристора и ограничитбшьная цепь, шунтирующая источник питания, диодгвторичная обмотка трансформатора, первичная обмотка которого

25 включена последовательно с зарядной цепью1.В данном . устройстве рост напряжения на конденсаторе вследствие эффекта подкачки ограничен, однако определенная изСйлточность ЗС напряжения на конденсаторе такжр

необходима для гашения максимального тока нагрузки. Следствием этого является низкий КПД схеьи и избыточная токовая нагрузка элементов.

Цель изобретения - повышение КПД устройства и снижение токовых нагрузок элементов.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство емкостей коммутации с независимым зарядом конденсатора, содержащее подключенную к источнику питания зарядную цепь, состоягцую из погхпедовательно соединенных хиристора, селя и конденсатора, коммутирующую цепь с тиристором, подключенным анодом к конденсатору, а катодом к силовой насти тиристорного преобразователя, перезарядную цепь, состоящую иэ дросселя и тиристора и .шунтирующую конденсатор, причем каход этого тиристора подключен к аноду коммутирующего тиристора, введены датчик тока нагрузки,функциональный преобразователь сигнала датчика тока, датчик напряжения конденсатора, узел сравнения исхема совпадения, при этом выход датчика тока нагрузки соединен со входом функционального преобразователя, выход Которого и выход датчика напряжения соединены со входами узла сравнения а выход узла сравнения, подключен ко йходу схемы совпадения, включенной в цепь управления тиристором зарядной цепи; кроме того тиристор с последовательно соединенным источником питания в зарядной цепи шунтиройан обратным тиристором с последдоЙательно включенным источником обратной полярности, в цепь управления которого и в цепь управления тиристором зарядной цепи введены две дополнительные схемы совпадения,, которых подключены к выходгц л введенного триггера с раздельным запуском, а входы этого триггера подключены к цепям управления KOMiviyаирующего и перезарядного тиристоров а дроссель перезарядной цепи выполнен с двумя обмотками, причем вторичная обмотка подключена к силовой части тиристорного преобрг зователя. ,

Йа фиг. 1 и 2 изображены функциональные схемы устройства; на фиг, 3 - диаграмма напряжения на коммутирующем конденсаторе при гашений некоторого тока нагрузки.

Предлагаемое устройство {фиг„1) состоит из источника 1 питания зарядного тиристора 2, анод которого подключен к полюсу источника 1 питания, а катод к одному выводу зарядного дросселя 3, другой вывод которого подключен к одной из обкладок коммутирующего конденсатора 4, другая обкладка которого присоединена к нулевому зажиму источника 1 питания. Коммутирующий конденсатор 4 шунтирюван цепью из последовательно соединенных вспомогательного дросселя 5 и вспомогательного тиристора 6, причем свободный вывод дросселя 5 подключен к нулевой шине источника 1 питания, а катод тиристора б подключен к обкладке конденсатора 4, К той же обкладке конденсатора подключен анод коммутирующего тиристора 7, катод которого подключен к силовой части тиристорного преобразователя 8, к которой подключен и нулевой зажим источника 1 питания. При этом в цепь управления тиристором 2 включена схема 9 совпадения, вход которой подключен к выходу узла 10. сравнения. Узел сравнения имеет два входа, к одному из которых подключен выход датчика 11 напряжения, а к другому через функциональный преобразователь 12 - выход датчика 13 тока, нагрузки.

В другом варианте устсойства {фиг, 2) зарядный тиристор 2 с источником 1 питания шунтирован дополнительным тиристором 14 с последовательно соединенным источником 15 питания. Анод дополнительного тирис тора 14 подсоединен к катоду зарядного тиристора 2, Управляющие электроды тиристора 2 и 14 подключены к выходам схем 16 и 17 совпадения соответственно. Одни входы схем 16 и .17 совпадения соединены с выходами триггера 18, а другие входы соединены с выходом схемы 9 совпадения Входел триггера 18 подключены к цепям б и 7 управления тиристорами. Кроме этого, вспомогательный дроссель 5 имеет дополнительную вторичную обмотку 19, подсоединенную к силовой части тиристорного преобразователя В.

Устройство работает следующим образом.

Предположим, что величина напряжения на коммутирующем конденсаторе 4 и величина тока нагрузки такие что сигнал с выхода датчика 11 напряжения больше по абсолютной величине сигнала с выхода функционального преобразователя 12, пропорционального напряжению на конденсаторе и необходимого для гашения данного тока нагрузки, т.е. действительное напряжение на конденсаторе больше необходимого. При этом, сигнал на выходе узла Ю сравнения отсутствует и управляющие импульсм на зарядный тиристор 2 через схему совпадения 9 не поступает. Пусть полярность напряжения на конденсаторе соответствует указанной на рисунке без скобок. Тогда при подаче управляющего иютульса на тиристор 7 про 1сходит гашение соответствующего тиристора силовой части 8

и перезаряд конденсатора (либо под действием тока нагрузки при параллельной коммутации, либо вследствие колебательного процесса при последовательной коммутации). Затем включается тиристор 6, конденсатор перезаряжается и полярность напряжения на нем становится исходной. Устройство готово к очередному гашению силового тиристора. Далее опять включается тиристор 7 и все повторяется. Устройство при этом работает без потребления энергии от источника питания. Продолжительность работы устройства в таком режиме определяется соотношением энергии потерь в коммутирующей и перезарядной цепях Wf и энергии, поступающей в конденсатор из силовой части тиристорного преобразователя (при последовательной коммутации - вследствие эффекта подкачки при параллельной - от протекания по конденсатору тока нагрузки), При Х/р « W напряжение на конденсаторе не уменьшается. Следовательно-, при не увеличивающемся токе нагрузки, (т.е. при не увеличивающемся сигнале с выхода функционального преобразователя 12) устройство работает без потребления энергии от источника питания сколь угодно долго. При W;,W| напряжение на конденсаторе уменьшается и при достижении им уровня сигнала функционального преобразователя на выходе узла сравнения появляется сигнал и управляющие импульсы поступают на зарядный тиристор 2. При этом конденсатор перезаряжается через источник питания и напряжение на нем увеличивается. Сигнал с выхода узла сравнения становится равным нулю и улравляющие импульсы на зарядный тиристор 2 не поступают. Схема опять может работать без потребления энергии от источника питания. Далее все повторяется,

В предлагаемом устройстве снимается избыточность напряжения на конденсаторе, следствием чего является уменьшение потерь в схеме, уменьшен потребляемой энергии и уменьшение токовых нагрузок элементов.

Необходимо отметить, что в предлагаемом устройстве имеется недостаток. Предположим, что при очередном сравнении сигналов с датчика 11 напряжения и функционального преобразователя 12 оказалось, что нужно включить зарядный тиристор 2, На него подается управляющий импульс с выхода схемы 9 совпадения. Но тиристор 2 включается только в том случае, если полярность напряжения на ком тирующем конденсаторе. 4 такая, что на катоде тиристора 2 ми нус. Если это не так, то тиристор 2 не включается. При этом очередное

срабатывание тиристора 7 приводит к срыву коммьтации, что недопусти-; МО. Для устранения этого необходимо поддержание некоторого избыточного напряжения на коммутирующем конденсаторе, что создает дополнительные потери и дополнительную токовую .загрузку элементов.

Свободным от этого недостатка является устройство, выполненное по схеме фиг. 2. Здесь импульс управления зарядными тиристорами 2 и 14 подается через дополнительные схемы 16 и 17 совпадения. На другие входы этих схем подается сигнал с выходов триггера 18 с раздельным

5 запуском. На один вход этого триггера подается импульс управления тиристором 7, а на другой вход триггера импульс управления тиристором 6. Таким образом получается,

0 что если приходит импульс на вспомогательный тиристор 6 и коммутирующий конденсатор перезаряжается и имеет полярность, указанную на фиг, 2 без скобок, то в случае необходимости включения зарядной цепи

5 импульс управления подается на тиристор 14 через схему 17 .совпадения и конденсатор перезаряжается до нужного напряжения от источника 15.

0

Если же до , когда необходимо включить конденсатор 4 на подзаряд, импульс управления подавался на тиристор 7 и конденсатор 4, следовательно, имел полярность, пока5занную на фиг. 2 в скобках, то импульс управления зарядного тиристора подается на тиристор 2 через схему 16 совпадения. Конденсатор 4 таким образом опять перезаряжает0ся до нужного напряжения, только теперь от источника 1. В резульгате нет необходимости иметь на конденсаторе избыточное напряжение, что приводит к повышению КПД и снижению токовых нагрузок элементов.

5

В описанных устройствах работа перезарядной цепи (дроссель 5, тиристор 6) является холостой - при ее срабатывании не осуществляется

0 гашения тиристоров силовой части. Ее работа в каждом такте приводит к дополнительным потерям и дополнительной токовой загрузке соответствующих элементов. Этот недос5таток может быть устранен, если дроссель 5 выполнить с двумя обмотками, причем вторую обмотку 19 (фиг. 2) подсоединить к силовой части тиристорного преобразователя. Тогда перезарядная цепь становится коммутирующей. Это позволяет в два раза снизить частоту работы элемен- тов 4, 7, б и 5, что также повыша™ ет КПД и уменьшает их токовые наГОУЗКИ.

5

Формула изобретения

1,Устройство емкостной коммутации с независимым зарядом конденсатора, содержащее подключенную к источнику питания зарядную цепь, состоящую из последовательно соединенных тиристора, дросселя и конденсатора, коммутирующую цепь с тиристором, подключенным анодом к конденсатору, а катодом к силовой части тиристорного преобразователя, перезарядную цепь, состоящую из дросселя и тиристора, и шунтируюц ю конденсатор, причем катод этого тиристора подключен к ешоду коммутирующего тиристора, отличающеес я тем, что, с целью повышения КПД и снижения токовых нагрузок элементов, в него введены датчик тока нагрузки, функциональный преобразователь сигнала датчика тока, датчик напряжения конденсатора, узе сравнения и схема совпадения, при этом выход датчика тока нагрузки соединен со входом функционального преобразователя, выход которого и выход датчика напряжения соединены со входами узла сравнения, а выход узла сравнения подключенко входу схемы совпадения, включенной в цепь управления тиристором зарядной цепи.

2,Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что тиристор с последовательно соединенньлх источником питания в зарядной цепи шунтирован обратным тиристором с последовательно включенным источником обратной полярности, в цепь управления которого и в цепь управления тиристором зарядной цепи введены две дополнительные схемы совпадения, входы которых подключены к выходам введенного триггера с раздельным запуском, а входы этого триггера подключе:-1Ь к цепям управления коммутирующего и перезарядного тиристоров„

Зо Устройство по п 2, отличающееся тем, что дроссель перезарядной цепи выполнен с двумя обмотками, причем вторичная обмотка подключена к силозой гасти тиристорного преобразователя.

Источники информации,, принятые во внимание при экспертизе

1,Глазенко Т,А, Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока. Л., Энергия, 1973, с, 169, рис. 4-К

2,Испытания экспериментального образца преобразователя частоты с непосредственной связью и принудительной коммутаилей„ Технический отсчет № ОЛА.126.925, ВКИИЭлектропривол, 1971, с, ;i4, рис-, 14,