Устройство емкостной коммутации с независимым зарядом конденсатора

(23) Приоритет Н 02 М 1/08 Государственный комитет СССР оо дедам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В, Г, Каган, Л. И, Малинин, С,Л, Рояк и А. П, Усачев Нов оси бирс кий электротехнический институт 1) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ЕМКОСТНОЙ КОММУТА 11 ИИ С НЕЗАВИСИМЫМ ЗАРЯДОМ КОНДЕНСАТОРА а Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в схемах инверторов, широтно-импульсных преобразователейсхемах бесконтактного упоавлениянагруз ой постоянного тока, т.е.там, где выключение тиристоров происходит с помощью коммутирующегоконденсатора,Известно устройство емкостного 10выключения тиристора,содержащее зарядную цепь тиристор-дроссель-конденсатор и разрядную цепь с коммутирующим тиристором, подключаемую ксиловой части тиристорного преобр 5зовател я (1),Основным недостатком известногоустройства является низкий коэффициент полезного действия и низкаянадежность, вследствии больших токовых нагрузок элементовЭто обусловлено тем, что напряжение на коммутирующем конденсаторе,величиной которого в основном определяется уровень тока в элем5схемы и, соответственно, ееправило, значительно превышачину напряжения, необходимуюгашения тока нагрузки. Причеизбыточность напряжения на к ЗС торе возрастает с ростом коэффициента перегрузки (1 н вот 1 о,) силовой части, (например в быстродействующих злектроприводах), так какнапряжение на конденсаторе рассчитывается из условия гашения максимального тока нагрузки, и, кроме того,с ростом тока нагрузки в данном устройстве происходит увеличение напряжения на конденсаторе вследствиеэффекта подкачки, обусповленного поступлением энергии, запасеннойв коммутирующем доосселе от протекания по нему тока нагрузки,Наиболее близким к предлагаемому является устройство, в котороедополнительно введены переэараднаяцепь дроссель-тиристор, шунтирующаяконденсатор, причем катод этоготиристора подключен к аноду коммутирующего тиристора и ограничительнаяцепь, шунтирующая источник питания,диод-вторичная обмотка трансформатора, первичная обмотка котороговключена последовательно с заряд-.ной цепьюф,В данном, устройстве ростнапряжения на конденсаторе вследствие эффекта подкачки ограничен,однако определенная избыточностьнапряжения на конденсаторе такженеобходима для гашения максимального тока нагрузки. Следствием этого является низкий КПД схемы 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 а независимым зарядом конденсатора, содержащее подключенную к. источнику питания зарядную цепь, состоящую иэ последовательно соединенных уиристора, дросселя и конденсатора, коммутирующуюцепь с тиристором, подключенным анодом к конденсатору, а катодом к силовой насти тиристорного преобразователя, переэарядную цепь, состоящую из дросселя и тиристора и шунтирующую конденсатор, причем катод этого тиристора подключен к аноду коммутирующего тиристора, введены датчик тока нагрузки,функционапьный преобразователь сигнала датчика тока, датчик напряжения конденсатора, узел сравнения и схема совпадения, при этом выход датчика то"ка нагрузки соединен со входом функционального преобразователя, выход которого и выход датчика напряжения. соединены со входами узла сравнения,а выход узла сравнения. подключен ковходу схемы совпадения, включенной в цепь управления тиристором эаряцной цепи; кроме того тиристор с последовательно соединенным 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 дведополнительные схемы совпадениявходы которых подключены к выходамвведенного триггера с раздельнымзапуском, а входы этого триггераподключены к цепям управления коммутирующего и переэарядного тиристоров а дроссель перезарядной цепи выполнен с двумя обмотками, причем вторичная обмотка подключена к силовой части тиристорного преобразователя,11 а фиг, 1 и 2 изображены функциональные схемы устройства; на фиг. 3 - диаграмма. напряжения на коммутирующем конденсаторе при гашении некоторого тока нагрузки.Предлагаемое устройство (фиг 1) состоит иэ источника 1 питания зарядного тиристора 2, анод которогоподключен к полюсу источника 1 питания, а катод к одному выводу зарядного дросселя 3, другой вывод которого подключен к одной иэ обкладок коммутирующего конденсатора 4, другая обкладка которого присоединена к нулевому зажиму источника 1 питания, Коммутирующий конденсатор 4шунтирован цепью иэ последовательносоединенных вспомогательного дросселя 5 и вспомогательного тиристора б, причем свободный вывод дросселя 5 подключен к нулевой шйне источника 1 питания, а катод тирнстора б подключен к обкладке конденсатора 4, К той же обкладке конденсатора подключен анод коммутирующеготиристора 7, катод которого подключен к силовой части тиристорногопреобразователя 8, к которой подключен и нулевой зажим источника 1питания. При этом в цепь управлениятиристором 2 включена схема 9 совпадения, вход которой подключен квыходу узла 10 сравнения, Узел сравнения имеет два входа, к одному изкоторых подключен выход датчика 11напряжения, а к другому через функциональный преобразователь 12 - выход датчика 13 тока нагрузки,В другом варианте Устройства(фиг, 2) зарядный тиристор 2 с источником 1 питания шунтирован дополнительным тиристором 14 с последовательно соединенным источником 15питания. Анод дополнительного тирис-,.тора 14 подсоединен к катоду зарядного тиристора 2, Управляющие электроды тиристора 2 и 14 подключены квыходам схем 16 и 17 совпадения соответственно. Одни входы схем 1 б и,17 совпадения соединены с выходами триггера 18, а другие входы соединены с выходом схемы 9 совпадения.Входы 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 8,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 вели:чине 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 10 сравнения отсутствует и управляющие импульсы на зарядный тиристор 2 через схему совпадения 9 не поступает. Пусть полярность напряжения на конденсаторе .соответствует указанной на рисунке без скобок. 1 огда при подаче управляющего импульса на тиристор 7 происходит гашение соответствующего тиристора силовой части 8и переэаряд 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 Ыг, и энергии, поступающей в конденсатор из силовой частитиристорного преобразователя% (припоследовательной коммутации - вследствие эффекта подкачки при параллельной - от протекания по конденсатору тока нагрузки), При ФяФ 1 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 Юц)%, 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 , При этом конденсатор перезаряжается через источник питания и напряжение на нем увеличивается, Сигнал с выхода узла сравнения становится равным нулю и управляющие импульсы на зарядный тиристор 2 не поступают. Схема опять может работать без потребленияэнергии от источника питания, Далеевсе повторяется, В предлагаемом устройстве снимается избыточность напряжения на конденсаторе, следствием чего являетсяуменьшение потерь в схеме, уменьшениепотребляемой энергии и уменьшение токовых нагрузок элементов.Необходимо отметить, что в предлагаемом устройстве имеется недос-таток, Предположим, что при очередном сравнении сигналов с датчика 11напряжения и Функционального преобразсвателя 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 коммутирующем конденсаторе 4такая, что на катоде тиристора 2 минус, Если это не так, то тиристор2 не включается. При этом очередноеЕсли же до того, когда необходимо включить конденсатор 4 на подзаряд, импульс управления подавался на тиристор 7 и конденсатор 4, следовательно, имел полярность, показанную на фиг 2 в скобках, то импульс управления зарядного тиристора подается на тиристор 2 через схему 16 совпадения. Конденсатор 4 таким образом опять перезаряжается до нужного напряжения, только теперь от источника 1, В результате нет необходимости иметь на конденсаторе избыточное напряжение, что приводит к повышению КПД и снижению токовых нагрузок элементов40 В описанных устройствах работаперезарядной цепи (дроссель 5, тиристор 6) является холостой - приее срабатывании не осуществляетсягашения тиристоров силовой части,Ее работа в каждом такте приво"цит к дополнительным потерям и дополнительной токовой загрузке соответствующих элементов, Этот недос"таток может быть устранен, еслидроссель 5 выполнить с двумя обмотками, причем вторую обмотку 19(Фиг. 2) подсоединить к силовойчасти тиристорного преобразователя,Тогда перезарядная цепь становитсякоммутирующей. Это позволяет в двараза снизить частоту работы элементов 4, 7, 6 и 5, что также повышает КПД и уменьшает их токовые наГОузки,срабатывание тиристора 7 приводитк срыву коммутации, что недопустимо, Для устранения этого необходимо поддержание некоторого избыточного напряжения на коммутирующемконденсаторе, что создает дополни"тельные потери и дополнительную токовую .загрузку элементов,Свободным от этого недостаткаявляется устройство, выполненное посхеме фиг. 2, Здесь импульс управле"ния зарядными тиристорами 2 и 14подается через,дополнительные схемы 16 и 17 совпадения, На другиевходы этих схем подается сигнал свыходов триггера 18 с раздельнымзапуском. На один вход этого триггера подается импульс управлениятиристором 7, а,на другой входтриггера импульс управления тиристором 6, Таким образом получается,что если приходит импульс на вспомогательный тиристор 6 и коммутирующий конденсатор перезаряжается иимеет полярность, указанную наФиг, 2 без скобок, то в случае необходимости включения зарядной цепиимпульс управления подается на тиристор 14 через схему 17 .совпаденияи конденсатор перезаряжается до нужного напряжения от источника 15,Формула изобретения1, 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 частитиристорного преобразователя, перезарядную цепь, состоящую из дросселя и тиристора, и шунтирующую конденсатор, причем катод этого тиристора подключен к аноду коммутирующего тиристора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышенияКПД и снижения токовых нагрузокэлементов, н него введены датчиктока нагрузки, функциональный преобразователь сигнала датчика тока,датчик напряжения конденсатора, узелсравнения и схема совпадения, приэтом выход датчика тока нагрузкисоединен со входом функциональногопреобразователя, ныход которого ивыход датчика напряжения соединенысо нходами узла сравнения, а выходузла сравнения подключен ко входусхемы совпадения, включенной н цепьуправления тиристором зарядной цепи,2, Устройство по п, 1, о т л ивч а ю щ е е с я тем, что тиристор с последовательно соединеннымисточником питания н зарядной цепишунтиронан обратным тиристоромпоследовательно включенным источником обратной полярностин цепьуправления котОрОго и н цепь управленин тиристором зарядной цепи введены дне дополнительнье схемы совпадения, входы которых подключены квыходам введенного триггера с раз -дельным запуском, а входы этоготриггера подключены к цепям управления коммутирующего и перезарядного тирнсторон,3, Ус:ройстно по и. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем что дроссельперезарядной цепи выполнен с двумяобмотками, причем вторичная обмотка подключена к силонсй части тиоисторного преобразователя,Источники н нформацнее,принятые но внимание при экспертизе1, рлаэенкО тЙ, ПОЛУГеронодниконые преобразсватели з злектропринодах ностовееного тока, Л Знер-.ия107 е с 1 Е 9 О;,ес 2. Испьтання эксГГериментального образца преобразонателя частоты с непосредственной связью н принудит е л ь и О Й к Омму т а ци е Й 3.е х н н ч е с к н и Отсчет Р СЛее 126 2"., БИИИ 3 лектропрннод, 197 1, с, . 4, рн., 14,