Узел коммутации тиристора

ОП ИСАЙИ Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЬЬСТВУ Союз СоветсиикСоциалистическихРеслублии(51) М. Кл,с присоединением заявки 1(Й; Н 02 М 1/08 Ркударстювй квинтет СССР ав дедам наебретеннй и еткрытнйорден нерге енина и орде еский инстит(71) Заявител 54) УЗЕЛ КОММУТАЦИИ ТИРИСТОРА верторах напверсивных претвенной коммуИзобретение относится к электротехнике, а точнее к преобразователь ной технике, и может быть использовано в качестве составной части тиристорных широтно-импульсных регуля торов, в автономных инряжения и зависимых реобразователей с искусстацией.Известен узел принудительной коммутации тиристоров инвертора,. содержащий двухобмотонный трансФорматор и конденсатор, Трансформ тор может иметь большее число обмоток для осуществления независимой коммутации в различных частях многофазных преобразователей. В этом ,узле осуществляется принудительная оммутация параллельного типа, поэтому внешняя характеристика зависит от тока нагрузки. Узлы коммутации ( последовательного типа имеют жестку внешнюю характеристику 11,Недостатком данного устройстваявляется накопление энергии в коммутирующем конденсаторе.Известен тиристорный выпрямительс искусственной коммутацией в котором осуществляется рассеяние накопленной энергии в резисторе, либосброс этой энергии в конденсаторфильтра с последующей передачей ее внагрузку2 1.Однако первый вариант приводит кснижению КПД, а второй - возможенлищь при работе на нагрузку с емкостной составляющей.Известен тиристорный широтно-импульсный преобразователь, в которомсброс избыточной энергии коммутирую.щего конденсатора осуществляется висточник питания с помощью соединенных последбвательно диода и обмоткисброса 13,1.Наличие этой обмотки усложняетмагнитную систему, так как междудвумя обмотками проще обеспечить дос5 о мы. 3 92таточную магнитную связь, цем междутремя. еще более сложно осуществитьтакой сброс энергии в многообмотоцном трансформаторе,Наиболее близким к предложенномуизобретению является узел коммутациитиристора, содержащий конденсатор,подключенный через коммутирующийтиристор к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого включена последовательно с коммутируемым тиристором 4.Недостатком устройства являетсясложность схемы, что усматривает вналичии дополнительного источникапитания. Для уменьшения перенапряжений на конденсаторе напряжениедополнительного источника питаниядолжно быть меньше напряжения основного источника. 1 сли для заряда конденсатора используется основнойисточник питания, то необходимо обесПецить сброс накопленной в конденсаторе энергии с помощью дополнительных схемных элементов.Цель изобретения - упрощение схеПоставленная цель достигается тем, что в устройство, введен однофазный тиристорный мост, диагональ постоянного тока которого подключена параллельно коммутирующему тиристору,причем анод коммутирующего тиристора соединен с общей точкой катодов тиристоров моста, а диагональ переменного тока моста подключена между выводами для подключения полюсов источника питания.На Фиг. 1 и 2 представлены электрические схемы предлагаемого тиристорного узла коммутации и его модиФикации для случая, когда вместо трансформатора для коммутации используется дроссель; на фиг. 3 - фазовая траектория перезаряда конденсатора; на фиг. 4 - устройство управления, обеспечивающее такой перезаряд; на фиг. 5 и 6 - примеры использованияузла коммутации в автономном инверторе напряжения и зависимом реверсивном преобразователе с искусственнойкоммутацией.Тиристорный узел коммутации (фиг.1 содержит конденсатор 1 (Бс - напряжение на этом конденсаторе), подключенный с помощью коммутирующего тиристора 2 к первичной обмотке 3 трансформатора 4, вторичная обмотка 5 которого подключена одним концом 8558, 4 к аноду силового тиристора 6, адру. гим - кположительному полюсу источника питания (Б - напряжение этого источника), В схему введен однофазный тиристорный мост , собранный на тиристорах 8-11, Обратный диод 12 и нагрузка 13 включены между катодом силового тиристора 6 и отрицательным полюсом источника. Тиристорный узел коммутации, (фиг. 2) содержит дополнительный коммутирующий тиристор 14 и зарядный дроссель 15. фазовая траектория перезаряда конденсатора 1 (фиг. 3) построена- характеристическое сопротивление контура перезаряда конденсатора; 1 - ток конденсатора 1. На фиг. 3 приняты обозначения: Ч - угол восстановления вентильныхсвойств силового тиристора 6; Чугол задержки включения.тиристоров8 и 11 относительно момента включениятиристоров 9 и 10.Тиристорный узел коммутации работает следующим образом,Первоначально конденсатор 1 разряжен. Для заряда конденсатора 1включают тиристоры 8 и 11. В результате конденсатор 1 заряжается донапряжения Чсо отрицательной полярности по контуру:положительный полюсисточника питания, тиристор 8, конденсатор 1, обмотка 3, тиристор 11,отрицательный полюс источника питания (фиг. 1) либо по контуру: положительный полюс источника питания,тиристор 8, дроссель 15, конденсатор,тиристор 11, отрицательный полюсисточника питания (фиг. 2), При этомхарактеристическая точка на фазовойтраектории перемещается из началакоординат в положение 16 (фиг, 3).Для прерывания тока нагрузки 1, протекающего через силовой тиристор 6включают коммутирующий тиристор 2(фиг, 1), либо коммутирующие тиристоры 2 и 14 (фиг. 2). Характеристическая точка мгновенно переходит вположение 17 и затем, в течение коммутационного интервала, в положение18, Ордината У соответствует токунагрузки 1, В результате происходитзаряд конденсатора 1 до напряженияположительной полярности, превышающе 25 зо 35 ао 45 5 О 5515 5 928 го абсолютное значение начального напряжения (Цсо). Для подготовки конденсатора 1 к следующему такту коммутации необходимо перезарядить его до напряжения Бсо отрицательной полярности, Для этого включают тиристоры 8 и 11 и конденсатор 1 перезаряжается до большей абсолютной величины напряженияДля того, чтобы можно было к концу интервала переза ряда конденсатора 1 получить на нем то же значение начального напряжения, что и при первоначальном заряде, включают сначала тиристоры 9 и 10. В результате происходит сброс энергии конденсатора 1 в источник питания по контуру: конденсатор 1, об- мотка 3, тиристор 10, положительный полюс источника питания, отрицательный полюс, тиристор 9, конденсатор 1 (фиг. 1), либо по контуру: конденсатор 1, тиристор 10, положительный полюс источника питания, отрицательный полюс, тиристор 9, дроссель 15, конденсатор 1 (фиг, 2), Длительность интервала сброса энергии конденсатора 1 в источник питания й, = 1 Э/ж; где ы - собственная круговая частота контура сброса энергии. Тиристоры 8 и 111 включают с задержкой относительно момента включения тиристоров 9 и 1 О, причем длительность задержки выбирается таким образом, чтобы к концу интервала сброса энергии характеристическая точка оказалась на перво 35 начальной траектории заряда конденсатора 1. Таким образом, для осуществления бестрансформаторного сброса избыточной энергии конденсатора 1 и в источник питания необходимо реали 40 зовать в системе управления нелинейную зависимость угла задержки от тока нагрузки.Для реализации этойфзависимости система управления должна содержать45 устройство, представленное на фиг,4. Это устройство определяет момент пересечения двух фазовых траекторий: траектории сброса энергии с центром в точке (+Е; 0), и траектории заряда конденсатора с центром в точке50 (-Е, О). Обе эти траектории формируются в системе управления, Траектории сброса формируются с помощью датчика 19 тока, сигнал на выходе которого пропорционален току конденсатора 1, и интегратора 20, сигнал на выходе которого пропорционален напряжению на конденсаторе 1. Траектория 558 6заряда конденсатора 1 формируется с ,помощью автономного генератора 2 1гармонически изменяющегося тока, частота работы которого не менее чем на два порядка своей величины превышает собственную частоту контура заряда конденсатора 1, и интегратора 22, сигнал на выходе которого имеет .отрицательную постоянную составляющую, пропорциональную величине Е. Схема 23 сравнения срабатывает в том случае, если абсолютная величина отрицательного сигнала на выходе автономного генератора 21 превышает абсолютную величину отрицательного сигнала на выходе датчика 19 тока. Схема 24 сравнения срабатывает в том случае, если абсолютная величина отрицательного сигнала на выходе интегратора 20 превышает абсолютную величину отрицательного сигнала на выходе интегратора 22. Схема совпадения И 25 выдает сигнал на включение тиристоров 8 и 11 в том случае, если сработали схемы 23 и 24 сравнения.Возможно реализовать нелинейную зависимость угла задержки ЧЗ от тока нагрузки другим способом, например, за счет обратной связи по напряжению.Предлагаемый тиристорный узел коммутации может быть использован в качестве составной части трехфазных 1 преобразователей. В этом случае для осуществления индивидуальной коммутации трансформатор 4 содержит шесть вторичных обмоток (Фиг. 5 и 6). Трехфазный автономный инвертор напряжения (Фиг. 5) содержит в каждой фазе (Л, В С - фазы инвертора) соединенные последовательно силовые тиристоры,6 и 27, подключенные к шинам питающего напряжения с помощью коммутирующих дросселей 28 и 29, соответственно. Встречно-параллельно силовым тиристорам 26 и 27 подключены обратные диоды 30 и 31. К каждому из коммутирующих дросселей 28 и 29, подключены, соответственно, коммутирующие тиристоры 32 и 33. Эти тиристоры подключены к вторичным обмоткам трансформатора 4. Заряд и перезаряд конденсатора 1 осуществляется в устройстве. также, как в широтно-импульсном преобразователе (фиг. 1 и 2).Для запирания силового тиристора 26 и 27 в любой из фаз преобразователя928558 7необходимо включить одновременно коммутирующие тиристоры 2 и 32 и 33.Трехфазный зависимый реверсивный преобразователь (фиг. 6) содержит две группы силовых тиристоров: анодную 34 и катодную 35 по шесть тиристоров в каждой из групп. Силовые тиристоры подключены к Фазам питающей сети А В, С с помощью коммутирующих дросселей 36 и 37 К этим дроссе. лям с помощью коммутирующих тиристоров 38 и 39 подключены вторичные обмотки трансформатора 4 (маркировка обмоток показана на фиг. 6). Такое устройство работоспособно при условии, что индуктивные сопротивления питающей сети достаточно малы (не менее, чем на два порядка величины меньшей сопротивления нагрузки).В этом случае коммутирующие дроссели 36 и 37 выполняют роль токоограничительных дросселей.Использование предлагаемого тиристорного узла коммутации позволяет осуществить питание узла коммутации последовательного типа от данного источника, что упрощает схему устройства. Предлагаемый узел коммутации может быть использован в многофазных тиристорных преобразователях. 8Формула изобретенияУзел коммутации тиристорно, содержащий конденсатор, подключенный через коммутирующий тиристор к первичной обмотке трансформатора, вторичнаяобмотка которого включена последова"тельно с коммутируемым тиристором,,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью упрощения, в него введен од 10 нофазный тиристорный мост, диагональпостоянного тока которого включенапараллельно коммутирующему тиристору, причем анод коммутирующего тиристора соединен с общей точкой като 5 дов тиристоров моста, а диагональпеременного тока моста включена междувыводами для подключения полюсов источника питания.Источники информации,2 а принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Ю 4060757,кл. 363/57, 19772. Патент Японии М. 52-50369,кл. 56 Э 01, 197725 3. Глазенко Т.А.Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока, Л "Энергия",1973, с. 183,. рис. 4-8 б.4. Авторское свидетельство СССРзо 1 Г 665375, кл. Н 02 М 1/08, 1979.