Тиристорный преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1981 года по МПК H02M3/135 

(54) ТИРИСТОРИЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям напряжения, обеспечивающим питание нагрузки постоянным током. Известны THpHCTopFibre преобразователи посто янного напряжения в постоянное, которые клас сифицируют как преобразователи с последовательной коммутацией и независимым контуром перезаряда коммутирующего конденсатора 1), 12), 3 и (4). Однако данные преобразователи обладают жесткой внешней характеристикой за счет гальванической развязки коммутирующих и рабочих электромагнитных процессов. При возникающих перегрузках по цепи питания или случайных включениях тиристоров из-за внешних помех по цепям управления, защита данных преобразователей постоянного напряжения от аварийных токов осуществляется в общем случае с помощью быстродействующих плавких предохранителей 2, что в дальнейшем связано с прекращением энергоснабжения потребителя и соответственно остановкой осуществляемого тех нологического процесса. Известны устройства защиты, например инвертора, в состав которых не входит гасящий тиристор, а только узел принудительной коммутации повыщенной мощности, с помоп1ью которого осуществляется принудительное восстановление управляющих свойств силовых тиристоров инвертора, его можно использовать как защиту от аварийных токов, протекаемых по цепям силового тиристориого преобразователя 3 Недостатком данных устройств защиты являются их ограниченные функциональные возмо ности в связи с тем, что oifH не защищают преобразователь по коммутационным цепям. Наиболее близким к предлагаемому является тнристорный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий включенный последовательно в цепь источника питания и нагрузки тиристорный ключ, щунтирующий нагрузку диод и устройство коммутации, выпатнен-, ное в виде импульсного источника запирающего напряжения, включенного параллельно входным выводам, содержащего конденсатор и зарядную цепь, при этом общая точка конденсатора и зарядной цепи через встречно-параллель13 .8 rio включенные коммутирующий тиристор и перезарядный диод, соединенный последовательно с вспомогательным дросселем, подключена к отпайке обмотки коммутирующего дросселя 4 Недостатком данного преобразователя является ограниченная надежность при наличии срывов преобразования или из-за помех по цепям управления, что приводит к прекращению энергоснабжения потребителя. Цель изобретения - повьиление надежности работы устройства. Указанная цель достигается тем, что в тирисТгорный преобразователь постоянного напряжеЙия в постоянное, содержащий включенный последовательно в цепь источника и на|рузки тиристорный ключ, шунтирующий нагрузку, даод и устройство коммутадии, выполHci-moe в виде импульсного источника запирающего напряжения, включенного параллельно входным выводам, содержащего ковденсатор и зарядную цепь, при этом общая тотка конденсатора и зарядной цепи через встречпто-па.раллельно включе {ный коммутирующий тиристор и перезаряд1 ый диод, соединенный последо вательно с вспомогательным дросселем, подклю чена к отпайке обмотки коммутирующего дрос селя, параллельно клеммам включен второй дополнительный импульсный источник : запирающего напряжения, обихая точка конденсатора и зарядный цепи, которого через допол;нительные встречно-параллельно включенные коммутирующий тиристор и перезарядный диод : подсоединена к отпайке обмотки комлт тирующего дросселя. Кроме того, с целью упрощегшя устройства, зарядная цепь второго импульсного источ ника запирающего напряжения вьшолнена в ви де последовательно включенных развязывающи диода и ограничительного резистора. На фиг. 1 представлен предлагаемый преобразователь; на фиг. 2 - преобразователь с коммутирующим дросселем, включенным в рас сечку между положительным вьшодом источника питания и анодом тиристорного ключа. Преобразователь содержит тиристорный ключ i, включенный последовательно с диодом 2 между выводами источника питания, между вы ходными выводами через диод 3 подключен ком мутирующий дроссель 4, первый импульсный источник 5 запирающего напряжения, состоящи из коммутирующего конденсатора и зарядной цепи из вспомогательного дросселя и развязывающего диода, коммутирующий тиристор 6, щунтированный цепочкой из последовательно включенных перезарядного диода 7 и вспомогательного дросселя 8 и второй импульсный источник 9 запирающего напряжения, состоящи из коммутирующего конденсатора и зарядной цепи из ограничительного резистора 10 и развязывающего диода П, соединенный через встречно-параллельно включенные коммутирующий тиристор 12 и перезарядный диод 13, подключенный к отпайке обмотки коммутирующего дросселя. Преобразователь работает следующим образом. При нормальной работе преобразователя периодически открьшается тиристорный ключ 1, при этом напряжение источника питания прикладывается к нагрузке. Принудительное запирание тиристорного ключа 1 осуществляется за счет разряда коммутирующего конденсатора импульсного источника 5 запирающего напряжения через коммутируюашй тиристор 6 на обмотку Wi коммутирующего дросселя. Пепосредственно на дросселе 4 за счет магнитной связи обмоток Wi и W2 наводится напряжение, превышающее напряжение источника питания, которое через диод 3 и источник питания приклаШШается к тиристору 1. В дальнейщем коммутирующий конденсатор через перезарядный вентиль 7 перезаряжается до исходной полярности напряжения, указанной на фиг. 1, а также через за рядную цепь импульсного источника 5 запирающего напряжения, дозаряжается до величиньг напряжения источника питания. Параметры коммутирующих элементов выбираются исхо;дл из принудительной коммутации номинальных рабочих токов преобразователя и обеспечения необходимого времени восстановления для силового тиристора и высоких энергетических характеристик преобразователя. Второй импульсный источник 9 запирающего напряжения при этом бездействует, в то же время его коммутирующий конденсатор заряжен до напряжения источника питания и готов к действию. Параметры коммутирующего конденсатора выбираются исходя из принудительной коммутации аварийных токов преобразователя.. Например, в случае значительных перегрузок аварийные токи появляются в цепи тиристорного ключа 1. При этом принудительное запирание тиристорного ключа 1 осуществляется аналогично описанному, только с Помощью второго импульсного источника запирающего напряжения при подаче открывающего импульса на второй коммутирующий тиристор 12. В дальнейщем коммутирующий конденсатор импульсного источника запирающего напряжения 9 через перезарядный диод 13 перезаряжается до исходной полярности Напряжения, показанной на фиг. 1, и дозаряжается через зарядную цепь 10 и 11 до величины напряжения источника питания. Таким образом, преобразователь снова готов к повторному включению, и более того, готовы к действию как первый, так и второй импульсные источники запирающего напряжения.

585

Кроме того, аварийные токи могут появляться по цепи коммутирующего тиристора 6 от источника питания через зарядную цепь импупьсиого источника 5 запирающего напряжения и обмотку Wj коммутирующего тиристора 6. Это связано с помехами по цепи управления коммутирующего тиристора 6 и приводит к отсутствию напряжения на коммутирующем конденсаторе и соответственно к срыву или повыщенному энергоснабжению потребителя В этом случае при включении коммутирующего тиристора 12 наряду с разрядом коммутирующего конденсатора на обмотку Wj коммутирующего дросселя 4, что приводит к восстановлению управляющих свойств ТИрИСТОрНОГО КЛЮча 1, осуществляется колебательный разряд коммутирующего конденсатора импульсного источника запирающего напряжения 9 через вспомогательный дроссель 8 и перезарядный диод 7 на коммутирующий конденсатор импульсного источника запирающего напряжения 5, что приводит также к восстановлению управляющих свойств коммутирующего тиристора 6.

Таким образом, с помощью второго импульсного источника запирающего напряжения осуществляется защита преобразователя от потери устойчивости как по цепи силового тиристора, так и по коммутационным цепям. Такое быстродействующее отключение преобразователя при перегрузках и срывах позволяет использовать режим повторного включения, составляющий время около 10 m с, и тем самым обеспечивает непрерывность энергоснабжения потребителя, который в свою очередь обеспечивает непрерывность протекания технологического процесса. Причем время отключения, например, преобразователя на 10 m с от двигателя постоянного тока в связи с его инерционностью практически остается незаметным.

При выполнении преобразователя с коммутирукшдим дросселем 4, включенным согласно фиг. 2 в рассечку между положительной щиной источника питания и анодом тиристорного ключа 1, состав преобразователя не меняется. С целью исключения ступенчатого нарастания токов через коммутирующие тиристоры До величины протекаемых работах или аварийных токов через коммутирующий дроссель катоды обоих коммутирующих тиристоров подключены к отпайке обмотки вспомогательного дросселя 8. Также коммутирующие конденсаторы обоих импульсных источников запирающего напряжения переориентированы таким образом, что подключены первыми обкладками к положительному выводу источника питания и тем самым объединены с одним из крайних выводов коммутирующего дросселя. Принцип работы схемы аналогичный описанному.

Зарядные цепи первого импульсного источника запирающего напряжения приведены в виде вспомогательного дросселя и отсекающего вентиля. При этом обычно осзтцествляется колебательный дозаряд коммутирующего конденсатора. В случае использования в качестве отсекающего вентиля диода, индуктивность дросселя зарядной цепи должна быть иа порядок и более выще индуктивности коммутирующего дросселя 4, что ограшпшвает область применения преобразователя в диапазоне низких и средних частот модуляции. При работе на высоких несущих частотах преобразования .500-1000 Гц следует использовать в качестве отсекающего вентиля тиристор, поэтому индуктивность вспомогательного дросселя можно выбирать того же порядка, что и индуктивность коммутирующего дросселя.

Так как использование второго импульсного источника запирающего напряжения носит разовый, эпизодический характер, а в случае повторного срабатывания с паузой порядка Юте его зарядную цепь можно упростить, используя как показано на фиг. 1 и фиг. 2, отсекающий диод 11 и ограничительный резистор 10. Это связано с тем, что второй импульсный источник запирающего напряжения используется как устройство быстродействующей защиты, которое при обычной работе преобразователя совер шенно не влияет на его энергетические и другие характеристики.

Предлагаемый тиристорный преобразователь защищен от потери устойчивости как по цепям силового тиристора, так и по коммутационным цепям. Использование быстродействующей тиристорной защиты позволяет использовать при его эксплуатации режим повторного включения, который обеспечивает высокую надежность энергоснабжения потребителя и непрерьгеность его технологического процесса. Рассмотренные возможности преобразователя по защите от срывов и потери устойчивости достигаются без введения отдельного силового блока заццггы преобразователя, что связано с повыщенным числом элементов силовой цепи, его массогабаритами и установленными мощностями. Защита преобразователя достигается с использоваш ем целого ряда коммутирующих элементов, непосредственно имеющихся в преобразователе. Дополнительно вводится только второй импульсный источник запирающего напряжения с упрощенной зарядной цепью, а также коммутирующга тиристор и перезарядный вентиль. Наличие дополнительных элементов по защите преобразователя от срьшов не влияет на характеристики преобразователя при его обычной работе. Это связано с тем, что коммутирующий конденсатор повыщенной мощности второго импульсного источника запирающего напряжения