Силовой полупроводниковый ключ

 

Изобретение относится к силовой полупроводниковой преобразовательной технике , в частности к коммутирующим элементам , обеспечивающим включение и отключение тока силовой цепи преобразователей. . Г-; Целью изобретения является повышение надежности и снижение мощности потерь. Полупроводниковый ключ содержит входные клеммы 1 и 2, тиристор 3, вспомогательный диод 4, клемму 5 узла 6 принудительной коммутации , смещающий трансформатор 7, клемму 8 узла принудительной коммутации, диод 9 с накоплением заряда, вспомогательный тиристор 10, импульсный трансформатор 12, конденсатор 11, резистор 13 и дроссель 15. Поставленная цель достигается тем, что ветви с конденсатором и первичными обмотками трансформаторов 7 и 12, тиристором 10 и диодом обеспечивают одновременно с переключением коммутируемого силового тока создание двухполярных импульсов тока управления. Включение последовательно с конденсатором дросселя расширяет диапазон коммутируемых токов. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. сл со 1чЭ ЬО 4 СГ1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 Н 03 К 17/56

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

1 ! !

1

С О

ЬР

К)

Qi

4ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3953553/24-21 (22) 13.09.85 (46) 07.07.87. Бюл. № 25 (71) Всесоюзный электротехнический институт им. В. И. Ленина (72) М. И. Абрамович, В. Е. Либер и А. А. Сакович (53) 621.316.722 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 243696, кл. Н 02 М 1/00, 1968.

Авторское свидетельство СССР

¹ 374583, кл. G 05 F 3/00, 1973. (54) СИЛОВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ КЛЮЧ (57) Изобретение относится к силовой полупроводниковой преобразовательной технике, в частности к коммутирующим элементам, обеспечивающим включение и отключение тока силовой цепи преобразователей.

„„SU„„1322454 А 1

Целью изобретения является повышение надежности и снижение мощности потерь.

Полупроводниковый ключ содержит входные клеммы и 2, тиристор 3, вспомогательный диод 4, клемму 5 узла 6 принудительной коммутации, смещающий трансформатор 7, клемму 8 узла принудительной коммутации, диод 9 с накоплением заряда, вспомогательный тиристор 10, импульсный трансформатор 12, конденсатор 11, резистор 13 и дроссель 15. Поставленная цель достигается тем, что ветви с конденсатором и первичными обмотками трансформаторов 7 и 12, тиристором 10 и диодом обеспечивают одновременно с переключением коммутируемого силового тока создание двухполярных импульсов тока управления. Включение последовательно с конденсатором дросселя расширяет диапазон коммутируемых токов.

2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1322454

Изобретение относится к силовой полупроводниковой преобразовательной технике, в частности к коммутирующим элементам, обеспечивающим включение и отключение тока силовой цепи преобразователей.

Цель изобретения — увеличение надежности и уменьшение мощности потерь.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого ключа, в которой ветвь с конденсатором и реактором подключена параллельно к вспомогательному тиристору через цепь с параллельно соединенными первичными обмотками трансформаторов; на фиг. 2 — то же, ветвь с конденсатором и реактором подключена параллельно вспомогательному тиристору через цепь с последовательно соединенными первичными обмотками трансформаторов и вторичной обмоткой импульсного трансформатора; на фиг. 3 — то же, ветвь с конденсатором и реактором подключена параллельно вспомогательному тиристору через цепь с объединенной первичной обмоткой и с последовательно сое диненными вторичными обмотками трансформаторов; на фиг. 4 — эпюры токов и напряжений при работе ключа.

Силовой полупроводниковый ключ (фиг. 1) имеет входные клеммы 1 и 2, включаемые последовательно в цепь коммутируемого тока. К клемме 1 подключены анод основного тиристора 3 и через вспомогательный диод 4 клемма 5 узла 6 принудительной коммутации. К клемме 2 подключены катод основного тиристора 3 и через вторичную обмотку смещающего трансформатора 7 подключена клемма 8 узла 6 принудительной коммутации. В последнем к клемме 5 подключены катод обратного диода (например, диода с накоплением заряда) 9, анод вспомогательного тиристора 10 (например, комбинированного выключаемого) и первая обкладка конденсатора 11, а к клемме 8 подключены анод обратного диода 9, катод вспомогательного тиристора 10 через вторичную обмотку импульсного трансформатора 12 и электрод управления вспомогательного тиристора 10 через сопротивление

13. Общая точка 14 вспомогательного тиристора 10 и вторичной обмотки импульсного трансформатора 12 соединена с началами первичных обмоток трансформаторов 7 и 12. Концы первичных обмоток соединены со второй обкладкой конденсатора

11 через реактор (дроссель) 15.

Первичные обмотки трансформаторов

7 и 12 могут быть соединены последовательно (фиг. 2). При этом один или оба магнитопровода трансформаторов могут быть насыщающимися при рабочем режиме.

Вместо каждого полупроводникового прибора, входящего в ключ, может быть включена группа таких приборов, соединенных последовательно и (или) параллельно.

Вторичные обмотки трансформ аторов 7

4О

55 и 12 могут быть связаны как с катодами основного 3 и вспомогательного 10 тиристоров, так и с их анодами (фиг. 1 и 2). Вспомогательный диод 4 может быть связан как с катодом так и с анодом основного тиристора 3 (фиг. 1 и 2). Трансформаторы 7 и 12 могут иметь объединенную первичную обмотку (фиг. 3) .

Силовой полупроводниковый ключ работает следующим образом.

До момента tq основной тиристор 3 заперт, напряжение U> внешней цепи прилагается к клеммам 1 и 2 ключа, и конденсатор 11 заряжается с полярностью, показанной на фиг. 1.

В момент tz основной тиристор 3 отпирается сигналом управления и через него начинает протекать ток i =1, . За положительное направление токов на фиг. 4 принято направление тока в ветвях на фиг. 1 сверху вниз.

Для запирания основного тиристора 3 в момент tz отпирают сигналом управления вспомогательный тиристор 10. Последний отпирается, и ток разряда конденсатора 11 начинает протекать по первичным обмоткам трансформаторов 12 и 7 и реактору 15. При этом на вторичных обмотках указанных трансформаторов появляется напряжение с полярностью, указанной на фиг. 1. Под действием этого напряжения через вспомогательный тиристор 10 начинает проходить нарастающий ток 4а, а ток i через основной тиристор начинает убывать. Токи в контурах коммутации основного тиристора 3 могут в десятки раз превышать ток в контуре перезаряда конденсатора 11, что обеспечивается соответствующим выбором соотношения витков первичных и вторичных обмоток трансформаторов 7 и 12. Это обеспечивает возможность уменьшения величины требуемой емкости конденсатора 11.

Через обратный диод 9 ток не проходит, так как он заперт напряжением вторичной обмотки трансформатора 7.

Когда в момент t ток i станет равным току 4,, ток iq через основной тиристор 3 спадет до нуля. Затем при дальнейшем нарастании тока i через основной тиристор 3 потечет нарастающий обратный ток i . В момент t обратный ток 4 достигает максимального значения, после чего начинает убывать. С момента tq через обратный диод 9 начинает проходить ток iy.

В момент времени t-; импульс прямого тока через обратный диод 9 спадает до нуля, а ток i>u снова становится равным току

На интервале t+ — ty вторичное напряжение трансформатора 7 с полярностью, указанной на фиг. 1, прилагается через отпертые диоды 9 и 4 к основному тиристору 3 и является для него запирающим напряжением.

Интервал t< — t выбран таким, что обеспечивает восстановление запирающих

1322454

10

Формула изобретения свойств основного тиристора 3. В момент ts заканчивается перезаряд конденсатора 11, и полярность на нем обратная по сравнению с указанной на фиг. 1.

С момента t начинается разряд перезаряженного конденсатора 11 по контуру, включающему реактор 15, первичные обмотки трансформаторов 7 и 12, вторичную обмотку трансформатора 12 и обратный диод

9. При этом на вторичной обмотке трансформатора 12 появляется импульс напряжения и тока с полярностью, обратной той, которая указана на фиг. 1. Под действием указанного импульса напряжения к моменту ток i вспомогательного тиристора 10 уменьшается до нуля, а ток 1д переводится на диод 9 и течет через него в виде обратного тока. Затем через вспомогательный тиристор 10 начинает протекать увеличивающийся обратный ток, замыкаясь через обратный диод 9 и добавляясь к обратному току, равному b,а. В момент времени tq обратный ток 4о вспомогательного тиристора 10 достигает максимума, после чего достаточно быстро спадает до нуля (момент времени

tq) под действием обратного напряжения, создаваемого вторичной обмоткой импульсного трансформатора 12 и прикладываемого к его аноду, а через сопротивление 13 — к электроду управления. Тиристор 10 выбирается с малым временем выключения, например комбинированно-выключаемый тиристор, и на меньший ток, чем основной тиристор 3, так как он проводит ток силовой цепи в течение относительно небольшого промежутка времени. До момента ts обратный ток диода 9 остается равным току

4,*, после чего последний обрывается (момент времени t ), и ключ переходит в запертое состояние. При этом конденсатор 11 подзаряжается под действием напряжения

1) а и имеет полярность, указанную на фиг. 1. По окончании процесса подзаряда ключ приходит в исходное состояние.

Обратный диод 9 выбирается с временем восстановления, большим, чем время выключения вспомогательного тиристора.

Подключение второго конца ветви с конденсатором и реактором к аноду обратного диода или к катоду основного тиристора, а также последовательное соединение первичных обмоток трансформаторов, или их объединение не оказывают влияния на принцип действия ключа. Имеющее место различие в протекании тока перезаряда конденсатора по обмоткам трансформаторов

50 может быть скомпенсировано выбором соотношений витков и сечений обмоток трансформ аторов.

Достижение цели обеспечивается тем, что при предлагаемом включении ветви с конденсатором и первичных обмоток импульсного и смещаюгцего трансформаторов вспомогательный тиристор и обратный диод обеспечивают одновременно с переключением коммутируемого силового тока создание двуполярных импульсов тока управления. Включение последовательно с конден. сатором реактора позволяет расширить диапазон коммутируемых ключом токов.

1. Силовой полупроводниковый ключ, содержащий основной тиристор, обратный диод, подключенный катодом через встречно включенный вспомогательный диод к аноду основного тиристора, а анодом через вторичную обмотку смещающего трансформатора — к катоду основного тиристора, вспомогательный тиристор, подключенный анодом к катодам обратного диода и вспомогательного диода, а катодом через вторич ную обмотку импульсного трансформаторак аноду обратного диода и одной клемме вторичной обмотки смещающего трансформатора, ветвь, содержащую последовательно соединенные конденсатор и инду кти вность, отличающийся тем, что, с целью уменьшения мощности потерь, повышения надежности, один конец указанной ветви соединен с общей точкой, связывающей анод вспомогательного тиристора и катоды обратного диода и вспомогательного диода, а другой конец ветви через цепь, содержащую первичные обмотки смещающего и импульсного трансформаторов, соединен или с общей точкой, связывающей катод вспомогательного тиристора и клемму вторичной обмотки импульсного трансформатора, или с общей точкой, связывающей катод основного тиристора и клемму вторичной обмотки смещающего трансформатора.

2. Ключ по п. 1, отличающийся тем, что первичные обмотки смещающего и импульсного трансформаторов соединены последовательно.

3. Ключ по и. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов, смещающий и импульсный трансформаторы имеют общий магнитопровод и объединенную первичную обмотку.

1322454

J вериг.2

Составитель Г. Терешина

Редактор И. Горная Техред И. Верее Ко рре кто р М. Пожо

Заказ 2877/54 Тираж 901 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 415

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4