Магнито-транзисторный коммутатор для управления вентильным преобразователем

"Р )%А ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСВВУ Латышко техничеекии(Ленина)ксперименого научнота Проектьство СССР 1970,тво СССР 1982ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(7 1) Ленинградский электр институт им. В.И.Ульянова и Ленинградское проектнотальное отделение Всесоюз исследовательского инстит электромонтаж(54) (57) МАГНИТОТРАНЗИСТОРНЫИТАТОР ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ,содержащий две шестифаэные ячейки с коммутирующими транзисторами и шестью четырехобмоточнымитрансформаторами, в которых эмиттерыкоммутирующих транзисторов объединеныв общую шину, коллекторы подключенык выводам входных обмоток соответствующих трансформаторов, базы - черезразвязывающие диоды к выводам первойи второй дополнительных обмоток трансформатора, другие выводы этих обмотоксоединены с общей шиной, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения надежности, первые выводывходных обмоток первого и второготрансформаторов первой ячейки и третьего трансформатора второй ячейки соединены с коллектором первого коммутирующего транзистора первой ячейки,первые выводы входных обмоток первого и второго трансформаторов второй,ЯО 1098102 ячеики и третьего трансформатора первой ячейки соединены с коллекторомпервого коммутирующего транзисторавторой ячейки, первые выводы входныхобмоток пятого и шестого трансформаторов первой ячейки и четвертоготрансформатора второй ячейки соединены с коллектором второго коммутирующего транзистора первой ячейки, первые выводы входных обмоток пятого ишестого трансформаторов второй ячейки и четвертого трансформатора первой ячейки соединены с коллекторомвторого коммутирующего транзисторавторой ячейки, вторые выводы входныхобмоток трансформаторов каждой фазыобоих ячеек соединены с соответствующими входными шинами фаз управления,разноименные выводы первой и второйдополнительных обмоток первого и второго трансформаторов первой ячейки,разноименные выводы первой и второйдополнительных обмоток шестого :рансформатора и первый вывод первой допол-нительной обмотки третьего трансформа- ртора второй ячейки соединены черезразвязывающие диоды с базой первого коммутирующего транзистора второиячейки, разноименные выводы первой ивторой дополнительных обмоток первогои второго трансформаторов второйячейки, разноименные выводы первой ивторой дополнительных обмоток шестоготрансформатора и первый вывод первой ф дополнительной обмотки третьего транс форматора первой ячейки соединены через раэвязывающие диоды с базой первого коммутирующего транзистора первой ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток третьего и четвертого трансформаторов1098102 первой ячейки, разноименные выводыпервой,и второй дополнительных обмоток пятого трансформатора и первыйвывод первой дополнительной обмоткишестого трансформатора второй ячейкисоединены с базой второго коммутирующего транзистора первой ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток третьего и четвертого трансформаторов второй ячейки, разноименные выводы первой и вто 1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах несимметричного управления вентильными преобразователями переменного тока.Известен магнитотранэисторный коммутатор для управления вентильным преобразователем, в котором транзисторные ключи собраны в две шестифазные ячейки, выходные трансформаторы которых имеют дополнительные обмотки, каждая из которых, подключена через развяэывающие диоды на вход транзисторных ключей трех фаз, причем обмотки трансформатора каждой нечетной фазы связаны с транзисторным ключом 1 предыдущей фазы данной группы и с транзисторными ключами одноименной и последующей фаз второй группы, а обмотка каждой четной фазы - с транзис торными ключами предыдущей и одноимен ной фаз второй и с транзисторным ключом последующей фазы данной группы 11,Недостатком устройства является низкая надежность работы в динамических режимах, так как импульсы управления резко смещаются по фазе.Наиболее близким к изобретению является магнитотранэисторный коммутатор для управления вентнльным преобразователем, содержащий две шестифазные ячейки с коммутирующими транзисторами и шесть 1 о четырехобмоточными трансформаторами, в которых эмиттеры коммутирующих транзисторов объединены в общую шину, коллекторы подключены к выводам входных обмоток соответствующих трансформаторов, базы - через развязывающие диоды к выводам первой и второй дополнительных обмоток транс рой дополнительных обмоток пятоготрансформатора.и грвый вывод первойдополнительной обмотки шестого трансформатора первой ячейки соединены сбазой второго коммутирующего транзистора второй ячейки при этом базывсех коммутирующих транзисторов через соответствующие резисторасоединены с шиной источникаопирающего напряжения смещенияф 2форматоров, другие выводы этих обмо"ток соединены с общей шиной 23,Недостатками этого устройства являются также низкая надежность, обус ловленная наличием коммутирующихтранзисторов в цепи каждой фазы обоихячеек, и низкая помехоустойчивость вдинамических режимах.Целью изобретения является повыше О ние надежности.Поставленная цель достигается тем,что в магнитотранзисторном коммутаторе для управления вентильным преобразователем, содержащем две шестифаз ные ячейки с коммутирующими транзисторами и шестью четырехобмоточнымитрансформаторами, в которых эмиттерыкоммутирующих транзисторов объединены в общую шину, коллекторы подклю 20 чены к выводам входных обмоток соответствующих трансформаторов, базы -через развязывающие диоды к выводампервой и второй дополнительных обмоток трансформатора, другие выводы 5 этих обмоток соединены с общей шиной,первые выводы входных обмоток первого и второго трансформаторов первойячейки и третьего трансформаторавторой ячейки соединены с коллектором ЗОпервого коммутирующего транзисторапервой ячейки, первые выводы входныхобмоток первого и второго трансформаторов второй ячейкИ и третьего трансформатора первой ячейки соединены с З коллектором первого коммутирующеготранзистора второй ячейки, первые выводы входных обмоток пятого и шестого трансформаторов первой ячейки ичетвертого трансформатора второй 1 О ячейки соединены с коллектором второ з 1098 го коммутирующего транзистора первой ячейки, первые выводы входных обмоток пятого и шестого трансформаторов второй ячейки и четвертого трансформатора первой ячейки соединены с коллек 5 тором второго коммутирующего транзистора второй ячейки, вторые выводы входньм обмоток трансформаторов каждой фазы обоих ячеек соединены с соответствующими входными шинами фаз 10 управления, разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток первого и второго трансформаторов первой ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток шестого трансформатора и первый вывод первой дополнительной обмотки третьего трансформатора второй ячейки соединены через развязынающие диоды с базой первого коммутирующего транзистора второй ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительньм обмоток первого и второго трансформаторов второй ячейки, разноименнье выводы первой и второй дополнительных обмоток шестого трансформатора и первый вывод первой дополнительной обмотки третьего трансформатора первой ячейки соединены через развязывающие диоды с базой первого коммутирующего транзистора первой ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительных обмоток третьего и четвертого трансформаторов первой ячейки, разноименные выводы первой и нторой дополнительных обмоток пятого трансформатора и первый вывод первой дополнительной обмотки шестого трансформатора второй ячейки соединены с базой второго коммутирующего40 транзистора первой ячейки, разноименные выводы первой и второй дополнительньм обмоток третьего и четвертого трансформаторов второй ячейки, разноименные выводы первой и второй до 45 полнительных обмоток пятого трансформатора и первый вывод первой дополнительной обмотки шестого трансформатора первой ячейки соединены с базой второго коммутирующего транзистора второй ячейки, при этом базы всех коммутирующих транзисторов через со" ответствующие резисторы соединены с шиной источника отпирающего напряжения смещения.На чертеже приведена принципиальная электрическая схема магнитотран- . эистаоного коммутатора для управления вентильным преобразователем. 1024Магнитотранэисторный коммутатор содержит дне шестифазные группы трансформаторов. В соответствии с порядком чередования фаз трансформаторы первой группы обозначены 1-6, а трансформаторы второй группы - 7-12. В каждом трансформаторе кроме входной (первичной) обмотки 13 и выходной обмотки 14 выполнены дне дополнительные обмотки 15 и 16. Первые выводы всех обмоток обозначены на чертеже точками. Входная обмотка каждого трансформатора подсоединена первым выводом к коллектору одного из коммутирующих транзисторов 17-20. В соответствии с порядком чередования фаз входных импульсов входные шины обозначены позициями 21-26, а общая шина всех Фаз входных импульсов обозначена позицией 27. Дополнительные обмотки 15 всех трансФорматоров вторым выводом и дополнительные обмотки 16 всех трансформаторов первым вынодом подсоединены к эмиттерам коммут:рующих транзисторов, которые соединены между собой и с общей шиной 27. Другие выводы обмоток 15 всех трансформаторов подсоединены к анодам развязывающих диодов 28, а обмотбк 16 - к анодам развязывающих диодов 29. Кроме того, к тем же выводам обмоток 15 трансформаторон 3, 6, 9 и 12 подсоединены аноды развязывающих диодов 30. Катоды этих диодов связаны с базами коммутирующих транзисторов н следующем порядке: с базой транзистора 17 связаны развязывающие диоды 28 и 29 от обмоток трансформаторов 6, 7 и 8 и разняэывающий диод 30 от обмотки трансформатора 3, с базой коммутирующего транзистора 18 связаны разняэывающие диоды 28 и 29 от обмоток трансформаторов. 1, 2 и 12 и разнязывающнй диод 30 от обмотки трансформатора 9, с базой коммутирующего транзистора 19 связаны раэвяэывающие диоды 28 и 29 от обмоток трансформаторов 3, 4 и 11 и развязывающий диод 30 от обмотки трансформатора 12, с базой коммутирующего транзистора 20 связаны развязывающие диоды 28 и 29 от обмоток трансформаторов 5, 9 и 10 и развязьг вающий диод 30 от обмотки трансформатора 6. Первые выводы входных обмоток трансформаторов 1, 2 и 9 соединены между собой и с коллектором коммутирующего транзистора 17, а первые, выводы нходньм обмоток трансформаторов 5, 6 и 10 соединены между собой310981 и с коллектором коммутирующего тран(зистора 19. Аналогичным образом с коллектором коммутирующего транзистора 18 соединены первые выводы входных обмоток трансформаторов 7, 8 и 3, а .с коллектором коммутирующего транзистора 20 - обмоток трансформаторов 11, 12 и 4, Вторые выводы входных обмоток трансформаторов подключены к входным шинам соответствующих фаз источника входных импульсов: обмотки " трансформаторов 1 и 7 - к шине 21, обмотки трансформаторов 2 и 8 - к шине 22 и т.д, База каждого коммутирующего транзистора подключена через ре эистор 31 к отрицательному полюсу источника 32 отпирающего напряжения смещения, положительный полюс которого подключен к эмиттерам коммутирующих транзисторов 17-20, Между базой и эмиттером каждого коммутирующего транзистора включен двухстороннйй стабилитрон 33.Таким образом, каждый коммутирующий транзистор включен в цепь входных 5 обмоток трех трансформаторов, причем коммутирующие транзисторы 17 и 18 включены в цепь обмоток трансформаторов двух первых фаз одной группы и третьей Фазы другой группы, а коммутирующие транзисторы 19 и 20 - в цепь обмоток трансформаторов двух последних фаэ одной группы и четвертой фазы другой группы. С учетом этого порядок подключения через развязывающие диоды дополнительных обмоток трансформаторов к базам коммутирующих транзисторов может быть сформулирован следующим образом: первые дополнительные обмотки 15 трансформаторов нечет 40 ных фаз связаны с коммутирующими транзисторами одноименной и последующей фаз другой группы, а четных фаз с коммутирующими транзисторами одноименной фазы другой группы и после 45 дующей фазы данкой группы, вторые дополнительные обмотки 16 трансформаторов нечетных фаз связаны с коммутирующими транзисторами последующей Фазы другой группы, а четных Фаз - с коммутирующими транзисторами последующей фазы данной группы.Магнитотранзисторный коммутатор работает следующим образом.При отсутствии входных импульсов все коммутирующие транзисторы находятся во включенном состоянии за счет отпирающего тока смещения на базы, протекающего от источника 32 02 6через резисторы 11. Поэтому при поступлении первого из входных импульсов, например импульса первой Фазы, ток от шины 27 к шине 21 может, протекать либо через коммутирующий транзистор 17 и обмотку 13 трансформатора 1, либо через коммутирующий транзистор 18 и обмотку 13 трансформатора 7. Одновреиенное протекание тока по обеим этии цепям невозможно, так как протекание тока по входной обмотке 13 трансформатора 1 приведет к индуктированию э его дополнительной обмотке 15 ЭДС, которая положительной полярностью от первого вывода обмотки через развязывающий диод 28 приложится к базе коммутирующего транзистора 18 и вызовет его запирание, что приведет к размыканию цепи входной обмотки 13 трансформатора 7. Аналогичным образом протекание тока по обмотке 13 трансформатора 7 вызовет ЭДС в его обмотке 15, которая через раэвязывающий диод 28 приложится к базе коммутирующего транзистора 17 и вызовет его запирание, т.е. размыкание цепи тока обмотки 13 трансформатора 1. Поэтому в открытом состоянии останется только один из коимутирующих транзисторов 17 и 18 и входной импульс приложится к одному, из трансформаторов 1 и 7. Если открытым окажется коммутирующий транзистор 17, то коммутирующий транзистор 18 будет удерживаться в закрытом состоянии и после окончания входного импульса первой фазы вследствие того, что в результате спадания намагничивающего тока в обмотках трансфориатора 1 будет индуктироваться ЭДС обратной полярности и со второго вывода обмотки 1 б через развязывающий диод 29 к базе коммутирующего транзистора 18 будет приложено запирающее напряжение, Вследствие этого к моменту поступления на входную шину 22 иипульса второй фазы замкнута будет через коммутирующий транзистор 17 только цепь входной обмотки трансформатора 2, а цепь обмотки трансформатора 8 будет разомкнута запертым коммутирующим транзистором 18. Входной импульс второй Фазы приложится к обмотке 13 трансформатора 2 и от его обмотки 15 через развязывавший диод 28 на базу коммутирующего транзистора 18 поступит еще один запирающий сигнал. После окончания импульса второй фазы коммутирующий транзистор 18 будет удерживаться в7 109810 закрытом состоянии обратной полуволной напряжения обмотки 16 трансформатора 2, прикладываемой к базе коммутирующего транзистора через развязывающий диод 29. Импульс третьей5 фазы приложится к обмотке 13 трансформатора 9 через коммутирующий транзистор 17, а цепь входной обмотки трансформатора 3 будет разомкнута коммутирующим транзистором 18, на ба зу которого поступит новый запирающий сигнал от обмотки 15 трансформатора 9 через развязывающий диод 30. Одновременно запирающий сигнал из обмотки 15 трансформатора 9 через развязывающий диод 28 поступит на базу коммутирующего транзистора 20, а после окончания импульса третьей фазы он сменится запирающим сигналом, поступающим из обмотки 16 трансформа б тора 9 через развязывающий диод 29, Это приведет к тому, что в момент пос. тупления входного импульса четвертой фазы из двух коммутирующих транзисторов 19 и 20, коммутирующих цепи чет вертой, пятой и шестой фаэ, в открытом состоянии будет только коммутирующий транзистор 19. В результате этого импульс четвертой фазы приложится к обмотке 13 трансформатора 10, а импульсы пятой и шестой фаз - соответственно к обмоткам трансформаторов 5 и 6. На всем интервале времени от начала импульса четвертой Фазы до окончания импульса шестой фазы на35 базу коммутирующего транзистора будут последовательно поступать запирающие его сигналы: иэ обмоток 15 и 16 трансформатора 10; из обмоток 15 и 16 трансформатора 5; из обмотки 15 трансформатора 6. Одновременно с поступлением импульса шестой фазы запирающий сигнал из обмотки 15 трансформатора 6 через развязывающий диод 28 поступит также и на базу коммутирующего транзистора 17, а после окончания импульса он сменится запирающим сигналом от обмотки 16. Таким образом, к началу нового периода коммутирующий транзистор 17 оказывается запертым,50 а коммутирующий транзистор 18 - открытым. В результате этого входные импульсы первых трех фаз последовательно прикладываются к входным обмоткам трансформаторов 7, 8 и 3, а с их дополнительных обмоток - обмоток55 15 и 16 трансформаторов 7, 8 и обмотки 15 трансформатора 3 - через развязывающие диоды на базу коммутирую 2 8щего транзистора 17 поступают запирающие сигналы, удерживающие его взакрытом состоянии. С обмоток 15 и16 трансформатора 3 запирающие сигналы поступают на базу коммутирующеготранзистора 19 и обеспечивают его;ления входного импульса четвертойфазы, что предопределяет последовательность приложения импульсов трехпоследних фаз через открытый коммутирующий транзистор 20 к входным обмоткам 13 трансформаторов 4, 11 и 12 иудержание в закрытом состоянии коммутирующего транзистора 19 сигналамис дополнительных обмоток этих трансформаторов, Следовательно, на второмпериоде сети входные импульсы прикладываются к обмоткам трансформаторов,цепи которых на первом периоде былиразомкнуты. К моменту поступлениявходного импульса первой фазы в начале третьего периода коммутирующийтранзистор 18 оказывается закрытымсигналами с дополнительных обмотоктрансформатора 12, импульс первой фазы прикладывается через открытыйкоммутирующий транзистор 17 к входнойобмотке трансформатора 1 и цикл работы повторяется,Двухсторонние стабилитроны 33 выполняют вспомогательную роль, ограничивая напряжение между базой и эмиттером на безопасном для транзисторов уровне и создавая контур для протекания тока намагничивания по обмоткам 16 трансформаторов после окончания импульсов. Для устойчивой работы магнитотранзисторного коммутатора в статических и динамических режимах необходимо, чтобы продолжительность запирающего сигнала, определяемая суммой длительности прямой и обратной полуволн напряжения каждого трансформатора, былабольше возможного промежутка между передними фронтами входных импульсовсоседних Фаз в данный период сети, но меньше промежутка между передним фронтом входного импульса одной Фазы в данный период сети и передним фронтом импульса следующей за ней фазы в следующий период сети. Это условие легко выполняется при ширине входных импульсов 30-120 эл. град. и диапазоне регулирования угла сдвига импульсов, не превосходящих 180 эл.град.9 1098102За счет гспользования каждого ком- упрощается мутирующего транзистора для коммута- ройства и, ций трех трансформаторов существенно надежность 1 Осхема коммутируйщего усгследовательно, повьппается работы.