Устройство для управления @ последовательно соединенными тиристорами

 

Изобретение относится к преобразовательыой технике и может быть использовано в электрофизических и промьшшанных установках для коммутации электрических цепей в высоковольтных генераторах импульсов. Целью изобретения является обеспечение работы с низкой частотой включения . Подключение параллельно каждому тиристору 1 блока защиты 2, содержащего дополнительный диод 6, конденсатор 4 и подсоединеннуго параллельно конденсатору 4 цепочку из лйвинного диода 5, дополнительного тиристора 7 и резистора 3, обеспечивает ограничение длительно приложекного к тиристору Г напряжения на уровне, не превышающем допустимого. При этом лавинный диод 5, через который период| чески с помощью дополнительного тиристора 7 сбрасьгоается избыточное напряжение заряда конденсатора 4, работает в импульсном режиме с большой скважностью, Точная регламентация такого режима работы лавинного диода 5 обеспечивает его надежную работу и тем самым надеткную работу всего-устройства в области низких частот. Потери энергии при работе малы, так как энергия расходуется лишь на компенсацию незначительной (вследствие введения дополнительного диода 6) утечки напряжения заряда конденсаторов 4, подключенных параллельно тиристорам 1 с наибольшим током утечки. 2 ил. а ш Ькз4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 М 1 OS

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

H А ВТОРСИОЖ/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕИНЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (46) 15.07.92.Бюп. к- 26 (21) 4093420/07 (22) 18.07,86 (?l) Институт прикладной физики

АН СССР (72} С.Я.Верховский (53) 621. 316. 727 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 277072, Н 02 М 1/08, 1970.

Авторское свидетельство СССР

Р 1145423, Н 02 М 7/ОО, 1985.

t (54) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ УПРАВЛЕНИЯ и

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО СОЕДИНЕННВИИ ТИРИСТОРАМИ ° (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электрофизических и промышленных установках для коммутации электрических цепей в высоковольтных генераторах импульсов, Целью изобретения является обеспечение работы с низкой частотой включения. Подключение параллельно каждому тиристору 1 блока защиты 2, содержащего дополнительный диод 6, конденсатор 4 и подсоединенную параллельно конденсатору 4 цепочку из лъвинного диода 5, дополнительного тиристора 7 н резистора 3, обеспечи-вает ограничение длительно приложенного к тиристору 1 напряжения на уровне, не превышающем допустимого, При этом лавиннь|й диод 5, через который периодически с помощью дополнительного тиристора 7 сбрасывается избыточное напряжение заряда конденсатора 4, работает в импульсном режиме с большой скважнастью, Точная регламентация такого режима работы лавинного диода 5 обеспечивает его надежную работу и тем самым надежную работу всего устройства в области низких частот, Потери энергии при работе малы, так как энергия расходуется лишь на компенсацию незначительной (вследствие введения дополнительного диода 6) утечки напряжения заряда конденсаторов 4, подключенных параллельно тиристорам 1 с наибольшим током утечки. 2 ил.

Йзобре.тецие относится к цреабразонательцой техцике и мажет быть использон а1иа н зл рК Tp0ôèç ич р сIcих 11 пp0 мы11117енных устацонках для коммутации электрических цепей н нысоконаззьтцых генераторах имцульсон.

Делью изабретеlпIл Является Обес

1ечение работы с низкой частотой зкличен11я.

1!а фиг. приведена схема уст" райстна для управления тиристорами;

1пз Фиг, 2 - временные диаграммы, по;.Сця10щие рабoT!> устройства, 15 ..;Устройство -па фиг. 1 содержит

110с1леда и атез1ь ц О с О един еццых тиаис:.701!Он 1, блоки 3811IIITbl 2, каждый из которых подключен параллельна одна;: у из тирис Topoll 1 ц содержит резисAG тар Э,, коцдецсатор 4, соединенный IPpHОЙ ОбкззаДКОЙ с катОДОМ саатнет

o .Tâ.1þ7Iåã0 тцристора 1, ланиццый диод

5, подключецц11й катодом к второй обкл дке кандецсатар": 4, допалцительХ 11 диод 6, подключенный анодам к а - 16 ду с 0 а тl> с т с T В 10111е Г 0 О с ц 0 н 110 Г О ти ристора 1 .11 катодом — к нтарой об. ;.Х1адк e;ОцдСЛСР T0pà А, ДОПОЛ1цзГГЛь1:«1й TglpllстОр 7 KOTcpbl!1 анодам

-".лю -1ец к аноду ланиццога диода 5 и

;;атодом "- к резистору 3, причем друГой нынад рззсстора 3 соединен с пернай обкладкой кацдецсатора 4. Упранляю111ие зл ";.òp017bl тирцсторон 1 соединены с ньг Одам согласующих злемен- З-> тсц 8, lõîäû которых подключены к выходу генератора 9 импульсов упранЛЕН1117 в

Управляющие злектроды тиристоран.

/ соединены с 1зыхадами соответствующих согласу;-нщих злемецтан 0, нхоДЫ С0100ЫХ ЦОД11;1Ю ЕЦЫ К НЫХОД; ГЕцератора 11 имцульсотз улранлеция.

Еоцдецсатор 4 предцазцачен для уиецьнlpïI:-3 скорости нарастания HQ и ряжения 111, „, ца тц рис тор е с малым йч сс таком уТе-цсц.

Емкость С конденсатора выбирается такай, что напряжение U „ . ца защищаемом тирцсторе 1 успевает царас- 50 ти от напряжения, paнцого иапрлжецзсю лаззинаобразогация диЬда 5, до напряжения, це превышающего предельна допустимое напряжение Б „„, зашищае-:-. м0ГО тирис" 0pа „"1б (}, +" - 1 (, }1 s (R i +Р е " }R

К вЂ” напряжение, приложенное к цепи из последовательно соединенных тиристоров II

К, — сопротивление н закрытом состоянии тиристора 1 с малым током утечки;

1 " суммарное сопротивление в закрытом состоянии остальных тиристоров 1 блока.

Лавинный диод 5 предназначен для того, чтобы ограничить разряд конденсатора 4 на уровне напряжения 0„„

Папряжение Б,с выбирается близким к среднему напряжению 0, приложенному к одному тиристору 1

Е

Uä 2Uс «в

n где и " количество последовательно соединенньнс тиристоров 1.

Резистop Э предназначен для уменьшения пиковой мощности обратных потерь на лавинном диоде 5. Сопротивление 1с резистора 3 выбирается следующим образом:

}! ь Я е }! д

: де } — допустимая импульсная мощность обратных потерь на диоде 5 при соответствующей скнажности импульсов тока через диод.

Устройство для управления тиристорами работает следующим образом.

Устройство используется в качестве ключевого элемента для преобраэо" ванин электрической энергии.

В момент t (фиГэ . 2) к цепи цз последовательно включенньпс тирисI.op0II 1 прикладывается прямое напряжение К, 1, Да момента Т прихода на управляющие электроды тиристоров 1 атпирающих импульсов от генератора 9 через согласующие элементы 3 тиристоры 1 находятся в закрытом состоянии и удерживают приложенное к ним напряжение. Если генератор 11 импульсов не генерирует импульсы, то напряжение Е распределяется между тиристарами неравномерНО., Бсле11ствие разброса токов утечки тиристарон 1 часть их окажется под большим напряжением Ы, (фиг. 2а), а часть " под меньшим напряжением

Ц1 Мни

Если приложенное к тиристору напряжение превышает максимально допустимый уровень, тиристор выйдет иэ строя. Во избежание этого производит- ( ся принудительное выравнивание напряжения между последовательно вкгпоченными -тиристорами l. Для этого н момент tI генератор II импульсов .начинает генерировать импульсы с периодом следования С, причем момент t, может и предшествовать моменту t,.

После включения в момент t тирис-! тора 7 напряжение заряда конденсатора 4 прикладывается к лавинному диоду 5, и если это напряжение превышает напряжение Б„ лавинообразонания диода 5, то диод ньглодит на лавину и пропускает импульс тока „ разряда конденсатора (фиг. 2в). Мо1пность обратных потерь на лавинном диоде ограничивается резистором 3. В момент когда Uq м „спадает до U ток разрядки конденсатора с TBHoB HTcR. меньше тока удержания тиристора 7, который вследствие этого закрывается. Одновременно с разрядкой тех конденсаторов 4 напряжение Ul„ „ на которых превышало 11„, на интервале времени происходит доэарядка тех к нденсаторов 4, напряжение U„ „ êîòoрых меньше U

Поэтому в момент t сумма напря2 жений на всех конденсаторах 4 равна приложенному к цепи последовательно соединенных тиристорон напряжению Е.

С момента времени напряжение

U< „ нарастает по закону макс

ER< ER (R<+R )t 1

U< + (П . )ехр

К+К " R+R аКК J 4О (4) 1

Лавинные диоды работают н импульсном режиме с больной (100) скнаж" ностью и с допустимой пиконой мощностью обратных потерь ° В таком режиме ланинные диоды способны рабо" тать длительное время. Этим обеспечивается надежная работа устройства блока в диапазоне низких частот. Потери энергии на выравнивание напряжения между последовательно соединенными тиристорами 1 малы, так как определяются лишь энергией, идущей

Необходимо отметить, что зарядка конденсаторов 4 происходит током утечки тиристоров 1, поэтому она не приводит к дополнительным потерям энергии. Напряжение U< „ с момента макс

t< делится между закрытым тиристором

7 и лавинным диодом 5, который вследствие этого уже не находится на лавине, а поэтому не перегревается, В момент t напряжение 0<„ак на конденсаторе 4, емкость которого выбрана в соответствии с выражением {1), достигает уровня, меньшего предельно допустимого напряжения тиристора 1 (фиг. 2a). Напряжение U< „„„ к моменту t несколько уменыпается вследстЭ вие утечки через последовательно вклю" ченнь!е чянинный диод 5 и тиристор 7 (йиг, 2б), Утечке напряжения !! „я через тиристор I препятствует диод

6, обладающий значительным сопротивлением н обратном направлении, В-момент генератор II, генерирующий импульсы с периодом Г, выдает очередной импульс, поступающий на элементы !Î, с выхода которых -импульс проходит на управляющие электроды

Ф тиристоров 7, которые открынаются.

На интервале -t< напряжение !! мак макс вновь уменьтпается до U„, а напряжение Б м„д возрастает на величину, компенсирующую утечку напряжения за время прошедшее с момента

Так как утечка незначительна, то затраты энергии на е компенсацию малы. Такие циклы выравнивания наггряжения повторяются с периодом с до момента Т, когда от генератора 9 через элементы 8 поступают импульсы на управляющие электроды тиристоров !, Тиристоры I включаются. Конденсаторы 4 ограничивают скорость нарастания напряжения на тиристорах I включаюшихся позже остальных вследствие разброса характеристик. Затем тиристоры I закрываются, например вследствие уменьшения тока через них до уровня, меныпего тока удержания, В момент времени t к последовательной цепи тиристорлн вновь прикладывается напряжение Е и рабочий цикл повторяется.

Таким образом, блоки защиты 2 . длительн выравнивают напряжение между последовательно соединенными тиристорами I и ограничивают скорость нарастания напряжения на них в переходных режимах. При включении тиристоров I с низкой частотой — от однократных импульсон до десятков герц, работа всех элементов устройства точно регламентируется, 5 l4 ча компенсацию незначительной утечки напряжения О„ „„ конденсаторов 4.

Формула изобp от

Устройство для управления и последовательно соединенными тирнсторами, содержащее генератор импульсов управЛения, выход которого предназначен для соединения с управляющими электродами тиристоров, и конденсаторов, первая обкладка каждого из которых г реднаэиачена для подключения к ка" оду соответствующего тирнстора, а вторая соединена с катодом соответс твующего лавинного диода и и резисторов, о т л и ч а ю щ е. е с я тем, Что, с целью обеспечения работы с близкой частотой включения„ введены и очи дополнительных диодов, и дополнительных тиристоров и генератор импульСов управления дополнительными тиристорами, выход которого предназначен для соединения с управляющими электродами дополнительных тиристоров, анод каждого иэ которых. соединен с анодом соответствующего лавинноо

1О диода, а катод соединен также с одним выводом соответствующего резис.тора, другой вывод которого соединен с первой обкладкой конденсатора, точка соединения второй обкладки конденсатора и катода лавинного диода соединена с катодом соответствующего дополнительного диода, анод которого предназначен для подключения к аноду соответствующего тиристора.

Ьред

Составитель А. Меркулова

Техред М.Ходанич Корректор И. Муска

Редактор Е; Зубиетова .

Заказ2822 ДСП

Тирам 5!2 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по,делам изобретений и открытий

1! О янаб 45

3 35, Москва, Ж 35, Раушска ., д. /

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Укгород, ул. Проектная, 4