Силовой полупроводниковый ключ

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) 8 В 4 Н 03 К 17/56 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ нст ОЛУ ехни- еменклю елей(: Фаа ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 3953553/24-21 (22) 13.09.85 (46) 07.07.87. Бюл.25 (71) Всесоюзный электротехнический тут им. В. И. Ленина(72) М. И. Абрамович, В. Е. Либер и А. А. Сакович (53) 621.316.722 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР243696, кл. Н 02 М 1/00, 1968.Авторское свидетельство СССР374583, кл. б 05 Р 3/00, 1973. (54) СИЛОВОЙ П ПРОВОДН ВЫЙ КЛЮЧ (57) Изобретение относится к силовой проводниковой преобразовательной т ке, в частности к коммутирующим эл там, обеспечивающим включение и о чение тока силовой цепи преобразоват1 Целью изобретения является повышение надежности и снижение мощности потерь. Полупроводниковый ключ содержит входные клеммыи 2, тиристор 3, вспомогательный диод 4, клемму 5 узла 6 принудительной коммутации, смещающий трансформатор 7, клемму 8 узла принудительной коммутации, диод 9 с накоплением заряда, вспомогательный тиристор 1 О, импульсный трансформатор 12, конденсатор 11, резистор 13 и дроссель 5. Поставленная цель достигается тем, что ветви с конденсатором и первичными обмотками трансформаторов 7 и 12, тиристором 10 и диодом обеспечивают одновременно с переключением коммутируемого силового тока создание двухполярных импульсов тока управления. Включение последовательно с конденсатором дросселя расширяет диапазон коммутируемых токов.2 з.п. ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к силовой полупроводниковой преобразовательной технике, в частности к коммутирующим элементам, обеспечивающим включение и отключение тока силовой цепи преобразователей.Цель изобретения - увеличение надежности и уменьшение мощности потерь.На фиг. 1 показана схема предлагаемого ключа, в которой ветвь с конденсатором и реактором подключена параллельно к вспомогательному тиристору через цепь с параллельно соединенными первичными обмотками трансформаторов; на фиг. 2 - то же, ветвь с конденсатором и реактором подключена параллельно вспомогательному тиристору через цепь с последовательно соединенными первичными обмотками трансформаторов и вторичной обмоткой импульсного трансформатора; на фиг. 3 - то же, ветвь с конденсатором и реактором подключена параллельно вспомогательному тиристору через цепь с объединенной первичной обмоткой и с последовательно сое диненными вторичными обмотками трансформаторов; на фиг. 4 - эпюры токов и напряжений при работе ключа.Силовой полупроводниковый ключ (фиг. 1) имеет входные клеммы 1 и 2, включаемые последовательно в цепь коммутируемого тока, К клемме 1 подключены анод основного тиристора 3 и через вспомогательный диод 4 клемма 5 узла 6 принудительной коммутации. К клемме 2 подключены катод основного тиристора 3 и через вторичную обмотку смещающего трансформатора 7 подключена клемма 8 узла 6 принудительной коммутации, В последнем к клемме 5 подключены катод обратного диода (например, диода с накоплением заряда) 9, анод вспомогательного тиристора 1 О (например, комбинированного выключаемого) и первая обкладка конденсатора 11, а к клемме 8 подключены анод обратного диода 9, катод вспомогательного тиристора 10 через вторичную обмотку импульсного трансформатора 12 и электрод управления вспомогательного тиристора 10 через сопротивление 13. Общая точка 14 вспомогательного тиристора 10 и вторичной обмотки импульсного трансформатора 12 соединена с началами первичных обмоток трансформаторов 7 и 12. Концы первичных обмоток соединены со второй обкладкой конденсатора 11 через реактор (дроссель) 15.Первичные обмотки трансформаторов 7 и 12 могут быть соединены последовательно (фиг. 2). При этом один или оба магнитопровода трансформаторов могут быть насыщающимися при рабочем режиме.Вместо каждого полупроводникового прибора, входящего в ключ, может быть включена группа таких приборов, соединенных последовательно и (или) параллельно. Вторичные обмотки трансформ аторов 75 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 и 12 могут быть связаны как с катодами основного 3 и вспомогательного 1 О тиристоров, так и с их анодами (фиг. 1 и 2). Вспомогательный диод 4 может быть связан как с катодом так и с анодом основного тиристора 3 (фиг. 1 и 2). Трансформаторы 7 и 12 могут иметь объединенную первичную обмотку (фиг. 3).Силовой полупроводниковый ключ работает следующим образом.До момента т, основной тиристор 3 заперт, напряжение Цвнешней цепи прилагается к клеммам 1 и 2 ключа, и конденсатор 11 заряжается с полярностью, показанной на фиг. 1.В момент (, основной тиристор 3 отпирается сигналом управления и через него начинает протекать ток 1 =1,. За положительное направление токов на фиг. 4 принято направление тока в ветвях на фиг. 1 сверху вниз.Для запирания основного тиристора 3 в момент ( отпирают сигналом управления вспомогательный тиристор 10. Последний отпирается, и ток разряда конденсатора 11 начинает протекать по первичным обмоткам трансформаторов 12 и 7 и реактору 15. При этом на вторичных обмотках указанных трансформаторов появляется напряжение с полярностью, указанной на фиг. 1. Под действием этого напряжения через вспомогательный тиристор 10 начинает проходить нарастающий ток 1 са, а ток 1 з через основной тиристор начинает убывать. Токи в контурах коммутации основного тиристора 3 могут в десятки раз превышать ток в контуре перезаряда конденсатора 11, что обеспечивается соответствующим выбором соотношения витков первичных и вторичных обмоток трансформаторов 7 и 12. Это обеспечивает возможность уменьшения величины требуемой емкости конденсатора 11.Через обратный диод 9 ток не проходит, так как он заперт напряжением вторичной обмотки трансформатора 7.Когда в момент 1 з ток ъ станет равным току ток 1 з через основной тиристор 3 спадет до нуля. Затем при дальнейшем нарастании тока 1 О через основной тиристор 3 потечет нарастающий обратный ток 1 в . В момент (+ обратный ток 1 достигает максимального значения, после чего начинает убывать. С момента 1 через обратный диод 9 начинает проходить ток 11. В момент времени т., импульс прямого тока через обратный диод 9 спадает до нуля, а ток Ъ снова становится равным току На интервале (+ - 1 вторичное напряжение трансформатора 7 с полярностью, указанной на фиг, 1, прилагается через отпертые диоды 9 и 4 к основному тиристору 3 и является для него запирающим напряжением. Интервал (а - 1 выбран таким, что обеспечивает восстановление запирающих510 формула изобретения свойств основного тиристора 3. В момент Ь заканчивается перезаряд конденсатора 11, и полярность на нем обратная по сравнению с указанной на фиг. 1.С момента 1 начинается разряд пере- заряженного конденсатора 11 по контуру, включающему реактор 15, первичные обмотки трансформаторов 7 и 12, вторичную обмотку трансформатора 12 и обратный диод 9. При этом на вторичной обмотке трансформатора 12 появляется импульс напряжения и тока с полярностью, обратной той, которая указана на фиг. 1. Под действием указанного импульса напряжения к моментуток 11 о вспомогательного тиристора 10 уменьшается до нуля, а ток 11 д переводится на диод 9 и течет через него в виде обратного тока. Затем через вспомогательный тиристор 10 начинает протекать увеличивающийся обратный ток, замыкаясь через обратный диод 9 и добавляясь к обратному току, равному Ь,ь. В момент времени 1 т обратный ток Ьо вспомогательного тиристора 10 достигает максимума, после чего достаточно быстро спадает до нуля (момент времени 1 ь) под действием обратного напряжения, создаваемого вторичной обмоткой импульсного трансформатора 12 и прикладываемого к его аноду, а через сопротивление 13 - к электроду управления. Тиристор 10 выбирается с малым временем выключения, например комбинированно-выключаемый тиристор, и на меньший ток, чем основной тиристор 3, так как он проводит ток силовой цепи в течение относительно небольшого промежутка времени. До момента О обратный ток диода 9 остается равным току и,с, после чего последний обрывается (момент времени 1 О ), и ключ переходит в запертое состояние. При этом конденсатор 11 подзаряжается под действием напряжения 1.)д и имеет полярность, указанную на фиг. 1. По окончании процесса подзаряда ключ приходит в исходное состояние.Обратный диод 9 выбирается с временем восстановления, большим, чем время выключения вспомогательного тиристора.Подключение второго конца ветви с конденсатором и реактором к аноду обратного диода или к катоду основного тиристора, а также последовательное соединение первичных обмоток трансформаторов, или их объединение не оказывают влияния на принцип действия ключа, Имеющее место различие в протекании тока перезаряда конденсатора по обмоткам трансформаторов 20 25 30 35 40 45 50 может быть скомпенсировано выбором соотношений витков и сечений обмоток трансформаторов.Достижение цели обеспечивается тем, что при предлагаемом включении ветви с конденсатором и первичных обмоток импульсного и смещаюгцего трансформаторов вспомогательный тиристор и обратный диод обеспечивают одновременно с переключением коммутируемого силового тока создание двуполярных импульсов тока управления. Включение последовательно с конден сатором реактора позволяет расширить диапазон коммутируемых ключом токов. 1. Силовой полупроводниковый ключ, содержащий основной тиристор, обратный диод, подключенный катодом через встречно включенный вспомогательный диод к аноду основного тиристора, а анодом через вторичную обмотку смещающего трансформатора - к катоду основного тиристора, вспомогательный тиристор, подключенный анодом к катодам обратного диода и вспомогательного диода, а катодом через вторич ную обмотку импульсного трансформаторак аноду обратного диода и одной клемме вторичной обмотки смещающего трансформатора, ветвь, содержащую последовательно соединенные конденсатор и индуктивность, отличающийся тем, что, с целью уменьшения мощности потерь, повышения надежности, один конец указанной ветви соединен с общей точкой, связывающей анод вспомогательного тиристора и катоды обратного диода и вспомогательного диода, а другой конец ветви через цепь, содержащую первичные обмотки смещающего и импульсного трансформаторов, соединен или с общей точкой, связывающей катод вспомогательного тиристора и клемму вторичной обмотки импульсного трансформатора, или с общей точкой, связывающей катод основного тиристора и клемму вторичной обмотки смещающего трансформатора.2, Ключ по п. 1, отличающийся тем, что первичные обмотки смещающего и импульсного трансформаторов соединены последовательно.3. Ключ по и. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов, смещающий и импульсный трансформаторы имеют общий магнитопровод и объединенную первичную обмотку.. Горная54Государственного1 13035, Москтвенно-полиграф Составитель Г. Терешин Техред И. Верее Тираж 901омитета СССР по делам из Ж - 35, Раушская наб.,ческое предприятие, г. Ужго орректор М. Пожо одписное бретений и открытий д. 45 од, ул. Проектная, 4