Тиристорный ключ переменного тока

 

Изобретение может быть использовано для коммутаций в цепях переменного тока с любьтм характером нагрузки , например в установках индукционного нагрева с машинными и статическими преобразователями средней частоты , Тиристорньй ключ содержит тиристоры 1,2, нагрузку 3, трансформаторы 4,5 тока с насыщением, резисторы 6,7, стабилитроны 8,9, тумблеры 10,11, разделительные диоды 12,13. Сочетание симметричного режима рабо-: ты тиристоров 1,2 в стационарном (отпертом) состоянии ключа и несим-i метричного в переходном процессе включения позволяет получить максимально возможный КПД тиристорного . ключа при сохранении уверенной коммутации нагрузки на повышенных частотах . 2 ил. с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 Н 03 К ) 7/68

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3>

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ

1 (61) 1053289 (21) 4142550/24-21 (22) 04.11.86 (46) 23.05.88. Бюл. N 19 (71) Северо-Западный заочный политехнический институт (72) А.С.Соколов (53) 621.316.722 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1053289, кл. Н 03 К 17/68, 1982, (54) ТИРИСТОРНЫЙ КЛОЧ ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА (57) Изобретение может быть использовано для коммутаций в цепях переменного тока с любым характером нагрузки, например в установках индукционÄÄSUÄÄ 1398()86 А 2 ного нагрева с машинными и статическими преобразователями средней частоты. Тиристорный ключ содержит тиристоры 1,2, нагрузку 3, трансформаторы 4,5 тока с насышением, резисторы 6,7, стабилитроны 8,9, тумблеры

10,11, разделительные диоды 12,13.

Сочетание симметричного режима работы тиристоров 1,2 в стационарном (отпертом ) состоянии ключа и несим-i метричного в переходном процессе включения позволяет получить максимально возможный КПД тиристорного ключа при сохранении уверенной коммутации нагрузки на повышенных частотах. 2 ил.

139808б

Изобретение относится к переключающим устройствам, предназначено для коммутаций в цепях переменного . тока с любым характером нагрузки, в широком диапазоне частот и мощнос-тей, например в установках индукционно-о нагрева с машинными и статическими преобразователями средней частоты, и являет< я усовершенствованием тиристорного ключа, по авт. св. Ð 1053289.

Целью изобретения является повышение КПД устройства,.

На фиг.! представлена пркнципиаль-1 ная электрическая схема тиристорного ключа переменного тока; на фиг.2 эпюры анодного тока и тока управления.

Тиристорный ключ содержит два 2Î встречно-параллельно включенных тиристора 1 и 2; последовательно с которыми включена нагрузка 3 к первый трансформатор 4 тока с насьпцением, первичная обмотка второго трансфор- 25 матора 5 тока с насьппением включена в анодную цепь ткристора 1, вторичные обмотки трансформаторов подключены через резисторы 6 и 7 к управляющим переходам ..иристоров 1 и 2, «(1 которые шунтированы стабилитронами

8 и 9, первый тумблер 10 включен во вторичную обмотку трансформатора 4, дополнительная обмотка которого включена через второй тумблер 11 па35 раллельно вторичной обмотке второго трансформатора 5, в контуры вторич ной обмотки трансформатора 5 и дополнительной обмотки трансформатора 4 включены разделительные диоды 12 и

13,(цепь, формирующая импульс управления на отпирание ключа, не показана).

Принцип действия ключа поясняет45 ся эпюрами анодного тока и тока управления тиристоров l и 2, показанными на фиг.2. Здесь показаны ток нагрузки 3 (a) как сумма токов обоих тиристоров ключа ток вторичных

50 обмоток трансформаторов (б, в) и ток вторичной обмотки трансформатора 5 (г) .

После включения каким-либо образом одного из тиристоров ключа схема ) управления тиристорами переходит в ре-режим самоудержания: ток, протекающий через один из ткристоров и трансформатор 4, формирует спадающим фронтом импульс управления на отпирание другого тиристора.

В установившемся режиме форма тока тиристора на повьппенных частотах характеризуется тем, что содержит наравне с положительными площадками (интервал t, — t3, сд — t>) к отрицательные (интервал t> — t, t — tg) °

Величина последних (они заштрихованы) зависит от скорости спала тока в тиристоре при выключении„ т.е. от амплитудь1 к частоты коммутируемого тока. Рассмотрим особенности выключения тиристоров в двух режимах, характерных для отпертого состояния, к при запирании ключа. В первом режиме процесс выключения, к примеру, тиристора 1, проводящего ток в интервале

t„ — пп, начинается в момент t> и содержит две фазы. Первая фаза заканчивается в момент перехода тока нагрузки в тиристор 2 (момент п ) и определяется активным процессом рассасы— вания неравновесных неосновных носителей в базах тиристора.

Вторая фаза связана с процессом рекомбинации носителей, оставшихся в широкой базе. Зта фаза занимает большую часть вр;.=меHHs oTII III I THpHc тору на восстановление управляющих свойства, поскольку на нее приходится большая часть заряда широкой базы, к тому же процесс рекомбинации более медленный, чем процесс рассасывания. Таким образом, именно вторая фаза определяет частотные свойства тиристора в ключе.

Второй режим выключения тиристоров характерен для этапа запирания ключа. Допустим, что тумблер 11 разомкнут, и последний импульс тока управления на этапе отпертого .состояния ключа поступил на тиристор 1 в момент tq . Тиристор пропускает ток нагрузки и после момента t< s т.е. ,цо тех пор, пока не исчезнут носители в. широкой базе на границе первого перехода (момент t<,фиг.2а }. Следовательно в этом режиме этап рекомбинации занимает гораздо меньше времени, поскольку большая часть заряда исчезает иэ широкой базы за счет процесса рассасывания. В момент па ток через тиристор 1 начинает спадать, что приводит к включению тиристора 2 за счет импульса управления, сформированного в трансформаторе 5.

Л 139808

Тиристор 2, в свою очередь, пропускает положительную часть полуволны тока нагрузки (интервал cg — с ) и начинает выключаться, пропуская

5 обратный ток, например, до момента

Время протекания последнего зависит от уровня насьпцения широкой базы носителями, что, в свою очередь, обусловлено амплитудой прямо- 10 го тока и скоростью его спада при переходе.через нуль.

В предлагаемом устройстве на этапе отпертого состояния тиристоры проводят ток нагрузки в симметричном режиме и только при раэмыкании ключа (на последнем периоде) переводятся в несимметричный режим. Допустим что импульсы управления на тиристоры ключа поступают с обмоток трансформатора 4 в моменты с,,с4,с и т.д., обеспечивая тем самым минимально возможные коммутационные потери устройства. Дпя выключения устройства необходимо разомкнуть цепь дополнитель- 25 ной обмотки трансформатора 4 (тумблер 11), при этом схема устройства, становится подобной схеме известного устройства. Далее размыкается цепь другой обмотки трансформатора 4 30 (тумблер 10), что приводит к запиранию ключа.

Таким образом, сочетание симметричного режима работы тири;.горов в стационарчом состоянии (отпертом) ключа и несимметричного — в переходном процессе выкло.-ения позволяет получить максимально возможный КПД ус-.ройства при сохранении уверенной коммутации нагрузки на повышенных частотах, характерной для известного устройства.

Ф о р м у л а изобретения

Тиристорный ключ переменного тока по авт.св.9 1053289„. о т л ич а ю шийся тем, что„ с целью повышения КПД, первый тр":.,ñôoðèâòop содержит дополнительную обмотку, введены два разделительных диода и второй тумблер, первый вывод вторичной обмотки в-.орого трансформатора соединен с первым выводом дополнительной обмотки, второй вывод вторичной обмотки второго трансформатора соединен через первый разделительный диод, второй тумблер и второй разделительный диод с вторым выводом дополнительной обмотки, причем второй вывод дополнительной обмотки через посг..едовательно сосдиненные второй разделительный диод и второй тумблер соединен с катодом второго тиристора.