Устройство для запирания тиристоров

(22) Заявлено 2904,79 (21) 2758502/24-07 (51) М3 с присоединением заявки М -Н 02 М 1/08Н 02 М 3/135 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 151230, Бюллетень Н 9 46 Дата опубликования описания 151230(72) Авторизобретения К. Янсон меур,.стй ЙЙ"-: ":. 71) Заявитель аллинский машиност на Трудового Красного ельный э авод им. И, Л(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПИРАНИЯ ТИРИСТОР О Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, а именно к устройствам эапирания тиристоров с параллельной емкостной коммутацией, и может использоваться в реверсивных и нереверсивных импульсных преобразователях постоянного тока и в автономных инверторах.Известно устройство запирания тиристора импульсного преобразователя постоянного тока, содержащее отдельный источник питания, трансформатор, коммутирующий конденсатор, дроссель, управляемый и неуправляемый вентили. Для запирания главного тиристора преобразователя последовательно с ним включена вторичная обмотка трасформатора запирающего устройства 1.В этом устройстве при питании коммутирующего конденсатора от источника питания низковольтного йреобразователя не представляется возможным оптимально использовать реактивную мощность конденсатора. Для согласовас ния напряжения питания преобразователя с рабочим напряжением коммутирующего конденсатора необходим отдельный источник питания. Это вызывает усложнение схемы, а, например, в устройствах, питаемых от аккумуляторов, вообще не может быть использовано.Известен также преобразователь для аккумуляторных транспортных средств, где для увеличения надежности запирания главного тиристора коммутирующий конденсатор заряжается при помощи трансформатора на напряжение, превышающее напряжение источника питания. При запирании главного тиристора конденсатор подключается непосредственно к запираемому тиристору, и через конденсатор проходит ток, равный току нагрузки 21.За счет высокого напряжения конденсатора его энергия передается в нагрузку, что с точки зрения эапирания главного тиристора является бес-. полезным. В результате увеличиваются габариты и стоимость конденсаторов.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, имеющее подключенную параллельно запираемому главному тиристору цепь из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и вторичной обмотки коммутирующего трансформатора, первичная обмотка которого через тиристор гашения и коммутирующий конденсатор связана с источником питания и запираемым тиристором, Импульс гашения сйимается со вторичной обмотки трансформатора. Это устройство может быть использовано для эапирания нескольких тиристоров, работающих в разных цепях 3.Однако заряд конденсатора происходит от источника питания через последовательно соединенные тиристор гашения и первичную обмотку трансформатора. Максимальное напряжение о на конденсаторе может превышать напряжение источника питания не более, чем в 1,8-1,9 раза. При использовании таких устройств в низковольтных преобразователях невозможно оптималь но использовать реактивную мощность коммутирующего конденсатора, так как из-за технологических трудностей при напряжениях ниже 150-200 В удельная энергия конденсатора с понижением що рабочего напряжения падает. Необходимо испольэовать конденсаторы большой емкости. Такнм образом, устройство имеет малую надежность запира-ния тиристоров и большие массо- габаритные показатели. В этом устройстве ток перемагничивания вторичной обмотки трансформатора должен быть меньше тока удержания вспомогательного тиристора. Так как ток удержания тиристоров обычно не нормируется, имеет сильный разброс по отдельным приборам и при изменении температуры, то это приводит к низкой надежности эапирания вспомогательного тиристора, что вызывает большие З 5 трудности реализации известной схемы. Кроме того при гашении главного тиристора одновременно с повышением напряжения на конденсаторе намагничивается сердечник трансформатора. На О сыщение сердечника происходит в то время, когда напряжение на конденсаторе достигает уровня источника питания. Скорость нарастания напряжения на конденсаторе прямо пропорциональна току нагрузки, а скорость намагничивания сердечника зависит от приложенного напряжения, равного разнице между напряжением источника питания и напряжением конденсатора, Увеличение тока нагрузки приводит к более быстрому заряду конденсатора и более медленному намагничиванию средечника, Таким образом, совпадение моментов времени, когда напряжение на конденсаторе достигает уровня напряжения 55 источника питания, а сердечник достигает насыщения, возможно при определенном токе нагрузки, При изменении сопротивления нагрузки происходит сбой работы схемы. Это ограничивает щ область использования преобраэовате" ля с таким устройством эапирания ти- ристоров. Преобразователь имеет ограничение и по изменению коэффициента заполнения, так как нет возможности уменьшить длительность импульса тока в нагрузке ниже значения, определяемого временем заряда коммутирующего конденсатора.Цель изобретения - повышение надежности эапирания тиристоров в низковольтных преобразователях, улучшение массо-габаритных показателей и расширение диапазона изменения нагрузки и регулирования.Указанная цель достигается тем, что устройство для запирания тиристоров,содержащее. подключенную параллельно запираемому тиристору цепь иэ последовательно соединенных вспомогательного тиристора и обмотки коммутирующего трансформатора, коммутирующийконденсатор и источник питания, снабжено реверсивным переключателем, через который коммутирующий конденсатор подключен ко вторичной обмоткетрансформатора.В качестве реверсивного переключателя может быть использован мостна управляеьюх вентилях, в диагональпеременного тока которого включендроссель, последовательно с которымвключен коммутирующий конденсатор, адиагональ постоянного тока подключена ко вторичной обмотке трансформатора.Для надежного эапирания вспомогательного тиристора устройство снабжено управляемым прерывателем, подключенным последовательно к отпайкепервичной обмотки трансформатора исоединенными последовательно неуправляемым вентилем и дополнительной обмоткой трансформатора, конец которойсоединен последовательно с началомпервичной обмотки, при этом неуправляемый вентиль подключен к источникупитания втречно.Кроме того, для расширения диапазона регулирования и нагрузки устройство снабжено соединенными последовательно переэарядным дросселем иуправляемым вентилем, подключеннымико вторичной обмотке трансформатора,который снабжен вторичной дополнительной обмоткой, включенной согласно последовательно с первичной обмоткой трансформатора,На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2принципиальная схема варианта осуществления устройства; на фиг. 3 -возможная модификация реверсивногопереключателя; на фиг.4 и 5 - диаграммы токов и напряжения устройства.Запирающее устройство 1 используется для запирания тиристора 2 импульсного преобразователя 3 постоянного тока и тиристоров 4 - б инвертора 7. Запирающее устройство 1 содержит коммутирующий трансформатор 8,коммутирующий конденсатор 9, подсоединенный через реверсивный переключатель 10 ко вторичной обмотке 11 транс 788297форматора. Трансформатор 8 имеет первичную обмотку из двух частей 12 и 13дополнительные обмотки 14 - 16. Цепьиэ первичной обмотки трансформатора8 и последовательно соединенным вспомогательным тиристором 17 параллельно подключена к запираемому тиристору 2. Дополнительная обмотка 16 последовательно соединена с каждым из вспомогательных тиристоров 18 - 20.Эти цепи параллельно подключены соответственно к запираемым тиристорам 4 - 6 инвертора 7. Реверсивный переключатель 10 (фиг, 2) выполнен в виде моста из переключающих тиристоров 21 - 24, в диагональ переменного тока которого включена цепь иэ коммутирующего конденсатора 9 и последовательного дросселя 25, а диагональ постоянного тока содержит последовательную цепь иэ перезарядного тиристора 26 и перезарядного дросселя 27.Запирающее устройство 1 содержит также зарядный тиристор 28, источник 29 питания, управляемый прерыватель в виде транзистора 30 и неуправляемый вентиль 31. Транзистор 30, отпайка 12 первичной обмотки и источник 29 питания образуют контур перевода намагничивающего тока. Дополнительная обмотка 14 трансформатора, неуправляемый вентиль 31, подключенный к источнику 29 питания встречно,образуют контур гашения намагничивающего тока.Преобразователь 3 постоянного тока3 имеет нагрузку 32 и обратный диод 33. Реверсивный переключатель 10 (фиг, 3) выполнен на двух управляемых вентилях 34 и 35, катод и анод которых общей точкой подключены к последовательной цепи иэ конденсатора 9 и дросселя 25, другой конец цепи соединен со средним выводом вторичной обмотки 11, Начало и конец вторичной обмотки 11 соединены соответственно с анодом вентиля 34 и катодом вентиля 35,Принцип работы устройства (приусловии, что коммутирующий конденсатор разряжен) заключается в следующем.Подачей управляющих импульсов натиристоры 28, 21 и 24 начинается подготовительный цикл работы устройства (интервал времени ьс на фиг. 4 и 5). Конденсатор 9 заряжается по цепям;29-12-13-15-28-29 и 11-21-25-9- -24-11. Дополнительная обмотка 15 служит для уменьшения передаточного отношения трансформатора 8, чтобы повышение напряжения на конденсаторе при колебательном заряде не превышало нужного уровня. Когда ток колебательного заряда уменьшится до нуля, открывают транзистор 30, и к тиристору 28 прикладывается обратное напряжение, Соотношение количества витков обмоток 12 и 11 выбирают таким чтобы напряжение на трансформаторенри открытом транзисторе 30 было бынесколько ниже уровня напряжения наконденсаторе. Поэтому через транзистор 30 проходит только. намагничивающий ток трансформатора 8. После восстановления запирающих свойств тиристора 28 закрывают транзистор 30, иток намагничивания переходит в контур гашения: 14-31-29-14. Так как напряжение на трансформаторе 8 изменяет знак, то начинается размагничивание сердечника трансформатора токомобмотки 14 по цепи: 29-31-14-29. Источник питания имеет емкость достаточную, чтобы повышение напряжения 15 на нем во время размагничивания сердечника не превышало допустимого.Размагничиванием сердечника подготовительный цикл оканчивается.Для подачи запирающего импульса, щ например, на тиристор 2 импульсногопреобразователя 3 постоянного токаимпульсами управления открывают тиристоры 22, 23 и 17, Иэ тиристора 2ток коичутирует в тиристор 17 (начало рабочего цикла в интервале дскб нафиг. 4 и 5), Во время коммутации напряжение конденсатора 9 прикладывается к дросселю 25. По окончании коммутации напряжение конденсатора 9 через трансформатор 8 прикладывается ктиристору 2 в обратном направлении,и последний запирается, Конденсатор 9разрякается током нагрузки преобразователя 3 по цепям:9-25-22-11-23-9и 17-32-29-12-13-17. После разряда 35 конденсатора 9 начинается его, зарядв обратном направлении по тем же цепям. Когда напряжение на конденсаторе 9 станет равным напряжению источника 29 питания, отнесенного к обмот ке 11 трансформатора 8, начнется коммутация тока иэ тиристора 17 в обратный диод 33 преобразователя 3. В процессе коммутации ток дросселя 25уменьшается до нуля, а запасенная внем энергия переходит в конденсатор9, так как в процессе коммутации контур тока охватывает и источник питания, то в конденсатор 9 поступаетэнергия и от этого источника. Такимобразом, происходит доэаряд коммути рующего конденсатора в функции токанагрузки. Когда токи конденсатора 9и тиристора 17 уменьшатся до нуля,отпирают транзистор 30, и тиристор17 запирается. После восстановления 55 запирающих свойств тиристора 17 транзистор 30 закрывают, и намагничивающий ток трансформатора 8 переходит вконтур гашения:14-31-29-14 и уменьшается до нуля. На этом один рабочий о цикл запирающего устройства заканчивается, и устройство сразу ке готоводля подачи нового запирающего импульса (следующий рабочийцикл) черезлюбые вспомогательные тиристоры 17-20беэ переэаряда конденсатора междуабочими циклами. Надежное эапиэание вспомогательных тиристоров 17-20 достигается последовательным включением с коммутирующим конденсатором 9 дросселя 25, а также наличием контуров перевода и гашения намагничиваю- щего тока. Если индуктивность рассеяния трансформатора 8 достаточна, то необходимость в дросселе 25, который служит для повышения напряжения на коммутирующем конденсаторе 9, отпадает.Во время эапирания вспомогательных тиристоров намагничивающий ток трансформатора 8 переводится в контур перевода для отключения их от намагничивающего тока. По окончании 15 рабочего цикла намагничивающий ток переводится в контур его гашения, причем неуправляемый вентиль 31 этого контура включен по отношению к источнику питания встречно, а относительно 2 О намагничивающего тока в конце рабочего цикла - согласно. Если время выключения переключающих тиристоров 21-24 или 34 и 35 значительно больше времени выключениявспомогательных тиристоров, рабочийцикл трансформатора симметричный, товведение контуров перевода и гашениянамагничивающего тока необязательно,Цикл работы запирающего устройствапри резком увеличении сопротивлениянагрузки (интервал времени ьнафиг. 4 и 5) следующий,В начале цикла импульсы управленияподают на тиристоры 21, 24, 26 и 17. 535Запирание, например, тиристора 2 происходит аналогично предыдущему циклу,но конденсатор 9 перезаряжается восновном через тиристор 26 по цепи:9-24-27-2 б-25-9. При перезарядке 40часть энергии рассеивается в видетепла, поэтому напряжение на коммутирующем конденсаторе 9 иэ цикла вцикл уменьшается. Пополнение запасаэнергии коммутирующего конденсатоРа 459 осуществляется путем открывания тиристора 28. Когда тиристор 28 включен,то конденсатор 9 заряжается от источника питания по цепям, 29-12-13-15"28-2.9 и 11-21-25-9-24-11 и за счетэнергии, запасенной в магнитных цепях дросселей 25 и 27-по цепи;27-26-21-25-9-24-27. Выбором момента времени включения тиристора 28 можноподдерживать напряжение на конденсаторе 9 на необходимом уровне, Чем 55раньше открыть тиристор 28, тем больше амплитуда напряжения иа конденсаторе 9. По окончании перезаряда конденсатора 9 открывают транзистор 30,к тиристорам 28, 26 и 17 рикладыва Оется обратное напряжение, и они запираются тиристоры 28 и 17 могут закрываться и раньше). Цикл заканчивается размагничиванйеь;сердечникатрансформатора 8, 65 Если требуется от преобразователя 3 или инвертора 7 малый коэффициент заполнения, то тиристоры 2, 4-6 не открывают. Например, для подачи импульса тока в нагрузку 32 преобразователя 3 открывают тиристоры 22, 23 и 26, и конденсатор 9 начинает перезаряжаться. Затем открывают тиристор 17, и источник питания 29 соединяется с нагрузкой по цепи;29-12-13-17- -32-29. Далее цикл работы запирающего устройства продолжается, как и в ранее рассмотренных случаях. Увеличение промежутка времени между импульсами управления тиристоров 22, 23 и 26 (или 21, 24 и 26) и тиристора 17 вызывает уменьшение длительности импульса тока, подаваемого в нагрузку 32. Этим можно уменьшить коэффициент заполнения до нуля.Работа запирающего устройства при эапирании тиристоров 4-6 инвертора 7 не отличается от работы устройства при запирании тиристора 2 преобразователя 3. Напряжение на коммутирующем конденсаторе 9 поддерживается на таком уровне, чтобы было обеспечено эапирание наиболее загруженного иэ тиристоров 2, 4-6.Преимущество изобретения в сравнении с известными решениями состоит в использовании новых связей - коммутирующий конденсатор развязан от источника питания и запираемого тиристора и подключен ко вторичной обмотке трансформатора через реверсивный переключатель. Формула изобретения1. Устройство для запирания тиристоров, содержащее подключенную параллельно запираемому тиристору цепь из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и обмотки коммутирующего трансформатора, коммутирующий конденсатор и источник питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности эапирания тиристоров в низковольтных преобразователях и улучшения массо-габаритных показателей, оно снабжено реверсивным переключателем, через который коммутирующий конденсатор подключен ко вторичной обмотке трансформатора.2. Устройство по и, 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что реверсивный переключатель выполнен в виде моста на управляемых вентилях, в диагональ переменного тока которого включен дроссель, последовательно с которым включен коммутирующий конденсатор, а диагональ постоянного тока подключена ко вторичной обмотке трансформатора.3, Устройство по и. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью надежного запирания вспомогательного тиристора, оно снабжено управляеьым препывателем, подключенным последо 788297 10вательно к отпайке первичной обмотки трансформатора и соединенными после- довательно неуправляемым вентилем и дополнительной обмоткой трансформатора, конец которой соединен последовательно с началом первичной обмотки, при этом неуправляемый вентиль подключен к источнику питания встречно.4. Устройство по пп. 1 и 3, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования и изменения нагрузки, устройство снабжено соединенными последовательно перезарядным дросселем и управляемым вентилем, подключенными ко вторичной обмотке трансформатора,который снабжен второй дополнительной обмоткой, включенной согласнопоследовательно с первичной обьюткойтрансформатора.5Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Глазенко Т.А. и др. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока. М.,788297 371/бб Тираж 783 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4Зак Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Составитель О,Наказная едактор П.Бабич Техред М.Петко Корректор М.Пожо