Вентильный узел полупроводникового преобразователя

 

1. ВЕНТИЛЬНЫЙ УЗЕЛ ПОЛУПРО-. ВОДНИКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, содержащий вентили, реакторы по числу вентилей , первичная обмотка каждого из которых соединена последовательно с одним из вентилей, а вторичные обмотки реакторов соединены по схеме с общим витком, и демпфирующую RCцепь ,о т л и ч а ю щ и ч с я тем, что, с целью упрощения и повышения Надежности, в него дополнительно введен блок ограничения напряжения с количеством входов, равным количеству вентилей, а каждый из реакторов снабжен дополнительной третьей обмоткой , соединенной с соответствующим входом блока ограничения напряжения причем демпфирующая RC-цепь вьшолнена единой для всех вентилей и подключена параллельно выходным полюсам между общей точкой соединения (Л одноименных силовых электродов вентилей и общей точкой соединения первичных обмоток реакторов.

„„SU„„1115175

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

31511 Н 02 М 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3630904/24-07 (22) 10.08.83 (46) 23.09.84. Бюл N 35 (72) А.В.Иванов, С.Д.Короткин, А.АеФаткуллин и P.Ã.ÞíóñîB (7 1) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (53) 621 . 314 . 5 (088. 8) (56) I.Лекоргийе Ж.управляемые элек трические вентили и их применение-.

Перевод с франц. M., "Энергия", 1971, с. 167-169.

2. Чебовский О.Г. и др. Силовые полупроводниковые приборы. M., "Энергия", 1975, с . 85-86. (54) (57) 1. ВЕНТИЛЬНЫЙ УЗЕЛ IIOJIYIIPOВОДНИКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, содержащий вентили, реакторы по числу вентилей, первичная обмотка каждого из которых соединена последовательно с одним из вентилей, а вторичные обмотки реакторов соединены по схеме с общим витком, и демпфирующую RCцепь,отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения

Йадежностий, в него дополнительно введен блок ограничения напряжения с количеством входов, равным количеству вентилей, а каждый иэ реакторов снабжен дополнительной третьей обмоткой, соединенной с соответствующим входом блока ограничения напряжения причем демпфирующая RC-цепь выполнена единой для всех вентилей и подключена параллельно выходным

Ф

Ю полюсам между общей точкой соединения одноименных силовых электродов вентилей и обеей точкой. соединения дейвичных обмоток реакторов.

1115175

Изобретение относится к преббразОвательной технике и может найти широкое применение при разработке мощных полупроводниковых источников питания постоянного и переменного тока.

Известны вентильные узлы полупро— водниковых преобразователей, состоящие из параллельно соединенных вентилей, в которых последовательно с ,каждым из вентилей включены дополнительные активные или индуктивные элементы, выравнивающие величины токов между вентилями. В этом случае степень выравнивания тока между параллельными ветвями определяется только идентичностью> параметров указанных индуктивных или активных элементов, вследствие чего можно достигнуть достаточно высокой степени выравнивания (1 ).

Недостатками данных устройств являются или дополнительные потери мощности в активных элементах, или сложность изготовления и повышенные габариты для индуктивных элементов.

Наиболее близким к изобретению является вентильный узел полупроводникового преобразователя, содержащий вентили, реакторы по числу вентилей, первичная обмотка каждого из 30 которых соединена последовательно с одним из вентилей, а вторичные обмотки реакторов соединены по схеме с общим витком, и демпфирующую

RC-цепь )2).

Целью изобретения является упрощение и повышение надежности работы вентильного узла с параллельно соединенными вентилями.

Поставленная цель достигается тем, что в вентильный узел полупроводни,кового преобразователя, содержащий вентили, реакторы по числу вентилей,1 первичная обмотка каждого из которых соединена .т оследовательно с одним из вентилей, а вторичные обмотки реакторов соединены по схеме с общим витком, и демпфирующую RC-цепь, дополнительно введен блок ограничения напряжения с количеством входов, равным количеству вентилей, а каждый из реакторов снабжен дополнительной третьей обмоткой, соединенной с соответствующим входом блока ограничения напряжения, причем демпфирующая

RC-цепь выполнена единой для всех вентилей и подключена параллельно

2. Узелпоп. 1, отличаю— шийся тем, что блок ограничения напряжения выполнен в виде однофазных диодных выпрямительных мостов, выходы которых соединены параллельно и подключены к схеме ограничения напряжения, а входы являются входами блока ограничения напряжения .

3. Узел по п. 2, о т л и ч а ю— шийся тем, что схема ограничения

Устройство обеспечивает деление тока при более низкой установленной мощности делящих элементов.

Недостатками известного устройст40 ва являются зависимость качества напряжения выполнена на первом и втором последовательно соединенных ограничителях напряжения, при этом параллельно первому включен элемент индикации.

4. Узелпоп. 3, отличаю— шийся тем,что в качестве второго ограничителя напряжения использован источник постоянного напряжения полупроводникового преобразователя . делення от состояния магнитных сердечников — в случае насыщения любого иэ них деление тока между параллельными ветвями резко ухудшается, при этом устройство не позволяет контролировать этот процесс, в связи с чем для избежания данного явления необходимо завышение установленной мощности делящих индуктивных элементов. Кроме того, наличие индуктивных элементов в цепи вентилей приводит к появлению на них коммутационных пере— напряжений, для защиты от которых применяются индивидуальные RC-цепочки, подключаемые параллельно каждому из вентилей. Все это дополнительно услож. няет реализацию известного устройст-ва и понижает его надежность.

Схема ограничения напряжения (фиг.55

3) представляет собой последовательно соединенные ограничители 20 и 21 напряжения, причем параллельно огра3 111 выходным полюсам между общей точкой соединения одноименных Силовых электродов вентилей и общей точкой соединения первичных обмоток реакторов.

Кроме того., блок ограничения напряжения выполнен в виде однофазных диодных выпрямительных мостов, выХоды которых соединены параллельно и подключены к схеме ограничения напряжения, а входы диодных мостов являются входами блока ограничения напряжения.

Кроме того, в качестве второго ограничителя напряжения использован источник постоянного напряжения полу-15 проводникового преобразователя .

Схема ограничения напряжения выполнена на первом и втором последовательно соединенных ограничителях напряжения, при этом параллельно 20 первому включен элемент индикации.

На фиг. 1 приведена схема вентильного узла полупроводникового преобразователя для трех вентилей; на фиг. 2 — схема блока ограничения напряжения; на фиг. 3 — схема огра— ничения напряжения, первый вариант; на фиг. 4 — то же, второй вариант.

Устройство (фиг. 1) представляет собой параллельно соединенные вентили 1-3; в силовые цепи которых последовательно включены первичные обмотки 4-6 токовыравнивающих реакторов, вторичные обмотки 7-9 которых включены по схеме с общим витком. Третьи обмотки 10-12 токовыравнивающих реак35 торов подключены к соответствующим входам блока 13 ограничения напряжения. Свободные концы вентилей 1-3 объединены и образуют один полюс вен40 тильного узла, второй полюс которого образован объединенными свободными концами первичных обмоток 4-6 реакторов. К полюсам вентильного узла подключена общая RC-цепь из резистора

14 и конденсатора 15. Блок 13 ограничения напряжения (фиг. 2) представляет собой диодные выпрямительные мосты 16-18, выходы которых соединены согласно параллельно и подключены

5D к схеме ограничения напряжения 19. Входы выпрямительных мостов 16-18 являются входами блока 13 ограничения напряжения .

di

Up м д где 1.„„— индуктивность намагничивания первичнсй обмотки реактора, скорость изменения тока в цепи открытого вентиля.

di

В связи с описанным ясна необходимость использования индивидуальных RC-цепей на каждом вентиле. Однако в случае ограничения каким-либо образом перенапряжений RC-цепь (14 и 15) может быть выполнена общей, что существенно упрощает конструкцию вентипьного узла. Для этого ограничиваются напряжения на дополнительных третьих обмотках 10-12 с

5175 4 ничителю 21 напряжения подключен элемент 22 индикации.

Схема ограничения напряжения (фиг. 4) представляет собой последовательно соединенные ограничитель 21 напряжения и источник 23 постоянного напряжения полупроводникового преобразователя, причем параллельно ограничителю 21 напряженйя подключен элемент 22 индикации.

Работа устройства (фиг.1) происходит следующим образом.

Фри протекании равных токов через вентили 1-3 и обмотки 4-6 по общему витку, образованному обмотками 7-9, протекает ток, компенсирующий магнитный поток во всех реакторах, и на первичных обмотках 4-6 реакторов отсутствует падение напряжения. В случае увеличения (уменьшения) тока в одной из ветвей; например, в цепи вен-. тиля 1 равновесие токов нарушается, при этом на первичных обмотках реакторов возникает падение напряжения, препятствующее увеличению (уменьшению) тока в вентиле 1 и соответственно увеличивающее (уменьшающее) токи через вентили 2 и 3. Описанный прин-. цип работы характерен для известного устройства. При этом в случае неодинаковых свойств вентилей в процессах включения или выключения к запертым в данный момент, вентилям (к еще не включившимся или к уже выключившимся вентилям) могут прикладываться значительные напряжения, генерируемые индуктивностью первичной обмотки реактсра. Величина перенапряжения Up определяется иэ выражения

175 б (2) 25

W1

= U

8 огР W

5 1115 помощью блока 13 ограничения напряжения, что ведет к ограничению напряжений íà первичцуп обмотках 4-6 реакторов, а следовательно, и на вентиУ лях 1-3.

Работа схемы происходит следующим

1 образом.

Пусть в какой-то момент време 1и общий ток вентильного узла начинает спадать. Так как вентили неидентичны, то при подходе с тока к нулевбму уровню один иэ них выключается раньше. При этом на первичной обмотке реактора, включенного в цепь данного вентиля, возникает перенапряжение

U определяемое из (1), которое и воздействует на вторую и третью обмотки реактора. Однако напряжение на третьей обмотке не может превысить величины U определяемой

Of P 20 блоком 13 ограничения напряжения.

Напряжение на первичной обмотке бу— дет ограничиваться на уровне где U — напряжение ограничения

B первичной обмотки реактора;

W — число витков первичной

1 обмотки, — число витков третьей об—

5 мотки реактора.

Согласно (2), к вентилю скачком прилагается напряжение с амплитудой

U которую можно уменьшить до знаВ чения, не оказывающего существенного воздействия на надежность вентиля.

Общая RC-цепь сможет сдемпфировать

40 этот скачок напряжения.

Схема блока ограничения напряжения (фиг.2) содержит диодные мосты

16-18 по входу (по цепи переменного напряжения), которые подключены к третьим обмоткам реакторов, а по выходу (по цепи выпрямленного напряжения) соединены параллельно между собой и подключены к схеме 19 ограничения напряжения.

Так как режим, при котором вступает в работу цепь ограничения напряжения, являстся аварийным (например, перестал включаться один из управляемых вентилей), то необходима индикация появления подобного ре- 55 жима. Индикация данного режима осуществляется включением в цепь ограничителя напряжения элемента индикации — лампочки, светодиода или элемента выдачи сигнала в схему контро ля. Для того, чтобы напряжение на обмотке реактора при включении не превысило допустимого за счет неограниченного падения напряжения на омнческом сопротивлении элемента индикации, последний шунтируется ограничителем напряжения.

Схема ограничения напряжения (фиг. 3) образована последовательно соединенными ограничителями напряжения 20 и 21, при этом параллельно ограничителю напряжения 20 включен элемент 22 индикации.

Схема работает следующим образом.

Напряжение с выходов диодных мостов 16-18 (фиг. 2) блока 13 ограничения напряжения поступает на ограни— читель 19 напряжения, при этом ток в данной цепи не будет проходить до тех пор, пока напряжение с диодных мостов 16-18 не превышает напряжение ограничения ограничителя 21 напряже ния. При увеличении напряжения с диодных мостов указанного значения в данной цепи начинает проходить ток, элемент 22 индикации начинает светиться, сигнализируя нарушение нормального режима работы, при этом напряжение на элементе 22 индикации ограничивается пороговым элементом

20.

В связи с тем, что выделяющаяся энергия в ограничителе напряжения может достигать большой величины, целесообразно эту энергию возвращать источнику питания полупроводникового преобразователя, в котором установлен данный вентипьный узел. По этой причине в качестве ограничителя напряжения можно использовать собственно указанный источник постоянного напряжения.

Источник при этом выполняет две функции — ограничивает напряжение на обмотках реакторов и поглощает энергию перенапряжения, которая при этом не теряется в виде тепла, а поступает опять на вход преобразователя °

Схема (фиг. 4) состоит из последовательно соединенных элемента 2= индикации и источника 23 постоянного напряжения полупроводникового преобразователя с напряжением U, Огра.ничитель 20 напряжения повышает надежность элемента индикации. До тех пор, пока напряжение на любой из третьих обмоток реакторов не превы15175 8 рощение конструкции за счет общей

RC-цепи и повышение надежности рабо ты вентилей за счет ограничения напряжений на них и, кроме того, сни(кение установленной мощности реактсров за счет повышения рабочей индукции сердечников, что возможно прн контроле магнитного состояния этих сердечников, а также возможность ин.1О дикации аварийного режима вентилей и отклонения от нормы магнитного rог тояния сердечников реакторов. сило Б, диодные мосты 16-18 (фиг.2) заперты. При превышении указанного напряжения на каком-либо из мостов он открывается и ток через элемент 22 индикации (фиг. 4) поступает в источник 23 питания. При увеличении напряжения на элементе 22 индикации выше номинального начинает проводить ток ограничитель 20 напряжения .

Преимуществами данного устройства по сравнению с известным являются упФиг. 2

22

Фиг.4

Фиа,7

Составитель Л.устинкина

Редактор П.Коссей ТехредЖ.Кастелевич Корректор H.-Эрдейи

Заказ 6787/4 1 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного ко митета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4