Способ распределения тока между параллельно включенными вентилями статического преобразователя

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для выравнивания температур полупроводниковых структур параллельно включенных вентилей статического преобразователя. Цель изобретения - расширение области применения и повышение надежности преобразователя . Повышение степени выравнивания температур полупроводниковых структур параллельно включенных вентилей (ПВВ) осу1чествляется путем подачи к каждому ПВВ т (i - номер ПВВ) из каждых очередных N формируемых импульсов управления (ИУ) . При этом числа m и N выбираются из соотношения т. : N Aj, где А- определяется средними за период следования ИУ мощностями потерь в ПВВ, измеренными при определенных значениях тока преобразователя . Причем ИУ подают одновременно не менее, чем к заданному числу ПВВ, каждые т. импульсов подают сериями, разделенными паузами. Как числа ИУ в сериях, так и длительности пауз наиболее близки друг к другу. 2 ил. О ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1467691

А1 (59 4 Н 02 M 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

И А BTOPGHOlVtY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4229536/24-07 (22) 13.04.87 (46) 23.03.89. Бюл. № 11 (71) Челябинский пблитехнический институт им, Ленинского комсомола (72) M,Е. Гольдштейн, П,Н. Сенигов и С.Н. Чернов (53) 621. 314. 1 (088.8) (56) Чаусов О.Г., Феоктистов В.П.

Распределение нагрузок между параллельными тиристорами путем их поочередного включения. — Известия

ВУЗов. Электромеханика, 1975, ¹ 11.

Авторское свидетельство СССР № 1317586, кл. Н 02 M 1/08, 1986. (54) СПОСОБ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКА МЕЖДУ

ПАРАЛЛЕЛЬНО ВКЛОЧЕННЬМИ ВЕНТИЛЯИЯ

СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для выравнивания температур полупроводниковых структур па1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано. для выравнивания . температур полупроводниковых. структур параллельно включенных вентилей статического преобра зоват еля .

Цель изобретения — расширение области применения способа путем использования его для преобразователей с произвольным токораспределением между параллельно включенными и одновременно работающими вентилями и повышение надежности преобразователя. раллельно включенных вентилей статического преобразователя. Цель изобретения — расширение области применения и повышение надежности преобразователя. Повышение степени выравнивания температур полупроводниковых структур параллельно включенных вентилей (ПВВ) осуществляется путем подачи к каждому ПВВ m (i номер ПВВ) из каждых очередных N формируемых импульсов управления (ИУ) . При этом числа m, и N выбираются из соотношения m,: М = A,, где А; определяется средними за период следования ИУ мощностями потерь в ПВВ, измеренными при определенных значениях тока преобразователя. Причем ИУ подают одновременно не менее, чем к заданному числу ПВВ, каждые m . .импульсов подают сериями, 1 разделенными паузаля. Как числа ИУ в сериях, так и длительности пауз наиболее близки друг к другу. 2 ил.

На фиг.1 приведена блок-схема,реа: лизующая предлагаемый способ распре деления тока между четырьмя ёараллельно включеннлпа вентилями статического преобразователя; на фиг.2— временные диаграммы импульсов управления, подаваемых к вентилям в течение одного цикла работы блоксхемы, Блок-схема содерм т вклю ченные параллельно управляемые в .нтпли

1...4, входящие в преобразс ватель 5.

Устройство сод&p>DIGIT также н". заочник

1467691

6 импульсов управления, выход которого через коммутаторы ?...10 подключен соответственно к управляющим входам вентилей 1...4, блок 11,формирующий импульсы напряжения,следуюпйе с частотой импульсов управления источника 6 и отстающие от них на время, равное длительности последних, счетчик 12 импульсов и дешифратор 13. При этом счетный вход счетчика 12 через блок 11 подключен к выходу источника 6, выход счетчика 12 подключен к управляющим входам коммутаторов 7...10 и через 15 дешифратор 13 — к обнуляющему входу счетчика 12. Каждый коммутатор

7...10 содержит управляемый ключ 14, дешифраторы 15 и 16 и триггер 17, выполненный на двух логических эле- 29 ментах ИЛИ-ПЕ. При этом управляющий вход коммутатора 10 одновременно является входом дещифраторов 15 и

16, выходы которых соответственно подкл)очены к первому и второму ин- 25

@GpNBIJHoHHbIM входам триггера 17,,выход которого подключен к управляющему входу ключа 14. Выход и вход ключа 14 является одновременно выходом и входом коммутатора 10, В па- 39 мяти депяфратора 13 записано число

50. В деаифраторе 15 соответственно коммутатора 7 записаны числа 3,8,11, 13, 18, 23, 25, 28,36,42,48, 50; коммутатора 8 — число 51, коммутатора 9— числа 2, 5, 7, 10, 12, 15, 20, 22, 25, 27, °

30 „32, 34, 38,40, 44, 46, 4 9; к оммутат ора 10 — числа 1,4,6,9,14,16,19,21, 24, 26, 29, 31,33,.37, 39,41,43,45,47. В дешифратор е 16 соответственно ком- 49 мугатора ? записаны числа 1,4,9,12, 14,19,24,26,29,38,43,49) коммутато ра 8 — число 50; коммутатора 9— числа j 3, 6,8, 11, 13, 18, 21, 23, 26, 28, 31,33,36,39,41,45,47; коммутатора

10 — числа 2,5,7,12,15,1?,20,23,25, 27,30,32,36,38,40,42,44,46,50.Числа, записанные в памяти дешифраторов, определяют моменты наступления и длительности пауз между сериями импуль59 сов управления, подаваемых к вентилям 1...4.

Указанные моменты и длительности определены в соответствии со способом. Для этого в каждом из вентилей

1...4 типа Т253-1000 при токе преобразователя 5 I 1 = 2000 А и их одновременной работе (n,=4, m;(, .N=1 (i=1 2,3,4) измерены средние за период T изменения напряжения сети, питающей преобразователь, (0,02 с) мощности потерь Р,(o) = 545 Вт, P2(01 = 360 Вт, Р з(о) = 760 Вт,Р 4(b)

= 920 Вт, Полагая число

=4-1=3, п = n-1

1 вычислено число

k=п — п1=43=1.

При токе преобразователя 5, равном

Х ) = 4 2000 = 2667 (А), в каждом вентиле 1...4 при их одновременной работе измерены средние за указанный период мощности потерь

P,(,) = 810 Вт, Р (,) = 552 Вт,Р (,) =

4() 1300 Вт °

В порядке убывания мощностей потерь Р; (, ве нтилям 1...4 присноены номера i соответственно 3,4,2,1.

По выражению т;„ m;t Р;< (1) + Р м11и (b) P (,) (1 — О, 569) + (1 — 0,619) +

+ (1 — 0,772) + (1-1) = 1,04 ) 1

Из неравенства

Е(m)(а) щ(() ) (1 (l

N N

)=t определяют наибольшее целое число

1 = 2 при котором оно удовлетво(i) ря ется.

Для вентиля с номером

1=2+1=3,)= 1 ()+ при ни ма ют

2. и) )(о) т;(, 1 i ) N

N N

1 = 1+ (1 — 0,569) + (1

0,619) — 1 = 0,812. при P . = 36 О В т вычислены от номен (bi шения чисел m,(,) . N = 0,569 ш (,)

N = 0,619; m >(,) . N = 0,772;m 4(,) .

N - =1.

Вычислено число

5 1467691

Для вентиля с номером i = 4> 4 принимают п буемой пи и отугле ниm 4(1) m Ф(о) N М число

Подагают число

+ 1

1+1=2

IIl i ()) 25

Р ((Р (7) ") = (О 57 и принимают число

n,=n — k=4 — 2=2

При токе преобразователя 5, равном

4 — 2000 = 4000 (А), в каждом вентиле 1. ° .4 при их одновременной работе (c учетом их новойй нумерации ) измерены ср ед ни е за период Т мощности потерь P (7) =

2210 Вт, Р <(7) = 1820 Вт, Р (,) =

1410 Вт, P )() = 966 Вт. Ввиду отсутствия необходимости перенумерация вентилей не осуществляется.

По выражению при P „«,) = 552 Вт вычислены отношения чисел m (7). N = 0,48 m ().

N = О 57; m (7) . N = 0,73, ы 4<7)

N=1.

Вычисл е но чи сл о

0,48) + (0,62 — О, 57) + (О, 77

0,73) + (1 — 1)=0,2 1, выбраны отношения чисел m: N =

m,(7) . N = 0,484; m 7 . М m 7() .

И = 0,565; ш : И =п,(7). М =

0,737; (ч : М = тч,((7) . ) 1 = 1 соответственно для тиристоров 4, 3, 2, 1, Для полученных отношений чисел .m . .и N можно предложить несколько вариантов распределения во времени импульсов управления каждого вентиля 1...4 и отдельных вентилей друг относительно друга, которые будут удовлетворять условиям способа.Однако отмеченная неоднозначность не ,затрагивает существа способа, несущественно сказывается на величине положительного эффекта и поэтому при реализации способа принят вариант алгоритма вычисления искомых параметров, который сводится к выполнению следующих операций.

Из условия обеспечения тре огрешности i+(Ó.) при реализа ношения m;: N, вызванной окр ем числа m; с точностью 0,5, N рассчитывается по формуле

0,5 100 д

Оно определяет общий период блок-схе10 мы.

Осуществляется К этапов по определению распределения по времени m; из N формируемых импульсов управления.

На j-м этапе (j = 1, 2...К) для

i-го вентиля определяют число т;(1) как ближайшее целое к числу

20 m j (J) .N и при m i N вычисляют число К ..

) ()) i(j1 как целую часть числа

Вычисляют число серий с (К,, ) + 1)

) ()) импульсами управления, подаваемых

30 к i-му вентилю за общий период работы блок-схемы, по выражению — т ; (; ) ) K j (,)

35 и число серий с К;()) импульсами управления по выражению

Х ; (. = )з ; (., — m ) (, ) — у ; (;) .

40 Указанные выражения получены при реализации условий способа — ка))(цые

m импульсов управления подают к вен1 тилю сериями, разделенными паузами как числа импульсов в сериях, так

45 и длительности пауз наиболее близким друг другу. В данном случае длительность пауз принята равной продолжительности периода следования импульс ов управления.

50 Считая совпадающими первый импульс управления из числа N, форми, руемый на общем периоде работы блоксхемы, с первым импульсом управления серии, содержащей К; „) импуль55 сов управления, полагают для i-ro вентиля поступление импульсов управления в виде чередую)(ихся серий соответственно с К ... и (К; ()) + 1) импульсами управления в каждой. При

146 7691

50 (m ф < I 50) в

m 4 (1) N=1,50

И и числа К, (() ((ь) 1(»

m 2< ) ) (ь! 2(1) Х;„) г у ((,) на некоторой завершающей части общего периода работы блоксхемы к вентилю поступают серии импульсов управления числом K I(7 ли) j бо (К;()) + 1), Если после выполнения j-го этапа определения распределения импульсов управления на каком то периоде Т импульсы управления поступают менее чем к (и-j) вентилям, то у менее нагруженного по мощности Р;<.7 вентиля (j) паузу между соседними сериями импульсов управления, приходящуюся на этот

I период, заполняют импульс ом управле- 15 ния, например, из следующей за ней серии. Указанную процедуру осуществляют, переходя от наиболее нагруженных к мечее нагруженным по мощности вентилям. 7ем самым по завер- 20 шенин К-го этапа распределения импульсов управления обеспечивается условие способа, нри котором одновременно импульсы управления будут поступать не менее чем к п параллельным

I вентилям.

Использование приведенного выше алгоритма для условий примера реализации способа приводит к следующим 30 результатам.

При требуемой погрешности d = 1X число

0 5 100

Осуществляется К=2 этапа определения распределения по времени импульсов управления.

Первый этап распределения (j = 1).

Определяют числа m, < как ближайшие целые к числам — "- -И = 0,569 50 = 28,45 (m, = 28), N = 0,619-50 = 30,95 (m (, = 31), (N = 0,812 50 = 40,6 (m 3<)) = 41), как целые части чисел

28

1, 27 (К, {,7 =1),55

31 — 1, 63 (К 2<,) ° = 1), 41

50-41 4,55 (К 3<17= ) ° шь< 7

3{о I

Вычисляют числа серий с (К;(1 + 1) импульсами управления

m <,) — (m q(e) — m (,) ) К „(,)=

28 — (50-28) 1 = 6, у 2(7 m 2(l) (и) e() m 2(17 ) К 2(i) = 31 — (50-31) ° 1 = 12, У3(.) m з<.) (m з<о) m 3< 7) K з< > =

= 41 — (50-41) 4 = 5, и числа серий с К;,) импульсами управления

Х„(,) = m <,) — m („) — у,(,) = 50-28-6=

16, Х 2<, m 2<о1 m 2<» у 2(q) = 50 31 12 7>

Х (» =mц,„-m (,) — у (,) = 150-41-5=4.

Второй этап распределения (j=2) Определяют числа m; „как ближайшие целые к числам — — — )- N = 0,484 50 = 24,2 (ш„(2) 24), I

N = 0,565 50 = 28,25 (ш„<2) = 28), И = 0,73? ° 50 = 36,85 {m 3«) = 37) m4<2)

N 1 ° 50 = 50 (m (2) = 50) и числа К;() как целые части чисел т|Ш 21 s (K s)

m,(,I — m,() 28-24

)< 2) — 8 = 9,33 {К = 9), m2() и) l(2) m 37 ш — 41-3.7 9-25 (К 3(2)= 9)

Ш 3(» )1) 3(2)

Вычисляют числа серий с (К,< ) +1) импульсами управления

У,(., П) 1(2) (Ш <» Ш1(2) ) )(2)

24 — (28 — 24) 6 = О, (m 2(» — 2(2) ) K.ì27 = — 28 — (31-28) 9 = 1, У 3(2) — Ш g(2) (П) 5(» 3(ll ) 3(lI

37 — (41-37) 9 = 1 и числа серий с К;(, импульсами управления

l46 7691

Х,(д = m „,! — m,(! — у,(, — 28-24-0=4, Х (т! = m z(Ä! — ш z«! — у !(,,> = 31-28-1=

2, Х 3(! = щ 3(1! щ 3(2! - у 3(2! = 41-37-1=

= 3, 1

С учетом вычисленных параметров ,и предлагаемого алгоритма определено распределение во времени за период работы блок-схемы поступающих к вентилям 1...4 импульсов управления,которое и приведено на фиг.2.

Блок-схема работает следующим образом.

Формируясь в источнике 6, импульсы управления периодически (с периодом Т) через ключ 14 коммутаторов 7...10 поступают на управляющие вхо! ды соответственно вентилей 1 ° ..4, отпирая их ° Одновременно эти импульсы запускают блок 11, который формирует сдвинутые относительно импульсов управления на время, равное длительности последних, импульсы напряжения, поступающие на счетный вход счетчика 12. По достижении числа поступающих в счетчик 12 импульсов

50 на выходе дешифратора 13 формируется импульс, обнуляющнй показания счетчика 12. На этом заканчивается цикл работы схемы и начинается следующий, аналогичный Оредыцущему.Кроб ме того, по достижении числа поступивших в счетчик 12 импульсов чисел, записанных в дешифраторах 15 и 16 коммутатора 7...10, на выходах этих дешифраторов формируются. импульсы, меняющие состояние триггеров 17 этих коммутаторов, Триггеры меняют сос.— тояние ключей 14 с открытого на закрытое и обратно. В результате за цикл работы схемы (50 периодов Т) к вентилю 1 подается 37 импульсов управления (диаграмма 18), к вентилю

2-50 импульсов (диаграмма 19), к вентилю 3-28 импульсов (диаграмма

20) и к вентилю 4-24 импульса (диаграмма 21) . При этом одновременно импульсы управления подаются не менее чем к двум вентилям, числа импульсов в сериях и длительности пауз близки друг к другу

В результате работы блок-схемы устанавливается режим, при котором значения мощностей потерь вентилей

1...4 за цикл работы этой блок-схемы составляют соответственно 659, 635, 633, 660 Вт, т.е. осуществляется их

55. из п параллельно включенных и одновременно работающих вентил ей, где

35 существенное выра IIII IInI«I e в сра внеHHH c мощностями P, .

Применение известного способа требует использова ния измеренных при одновременной работе rредних эа период Т токов вентилей 1...4, которые для рассмотренного примера имеют значения соответственно 410, 275, 590;

725 А. Из анализа значений токов следует,что отклонение минимального тока вентиля 2 от среднеарифметического значения этих токов составляет

457 и превышает допустимую для реализации способа величину — 337. Если не учитывать условия этого способа, I чтобы одновременно работало не менее п-1 = 4-1 = 3 вентилей, но в соответствии с ним распределить во времени импульсы управления при М = 50, то средние за цикл работы блок-схемы мощности потерь вентилей 1...4 составят соответственно 617, 593, 707, 701 Вт. Так как отличие друг от друга мощностей потерь вентилей 1...4 при реализации предлагаемого способа значительно меньше, чем при известном, то и степень выравнивания температур их полупроводниковых структур более высокая.

Применение предлагаемого способа приведет к увеличению срока службы пр ео бр а зоват еля либо позволит уменьшить необходимое число параллельно включенных вентилей в нем..Формула и з о бр ет ения

Способ распределения тока между параллельно включенными вентилями статического преобразователя, заключающийся в том, что формируют следующуе с периодом изменения напряжения сети, питающей преобразователь, импульсы управления вентилями, подают на каждый вентиль m. (i — номер вен( тиля) импульсов из каждых очередных

N импульсов управления, при этом импульсы управления подают одновременно не менее чем к заданному числу и, параллельных вентилей, каждые m! импульсов управления подают к вентилю сериями, разделенными паузами, о тличающийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения надежности, в каждом п 1 = n, à m;(,! . N = 1, при заданном

146 7691 и! = n — 1, .k =п-п,, 1(,! +1, при нима ют и/(п - k) е<, — (m ) (4. !)

)-

N т!)Д) m4!l - ) N N

).) ) ) — 1

У

m; ()!) m ) (!, -,) N N полагают число

k = k + 1 и принимают число (m ()! !) m („,)) N N п = и — k ! в,„, = е

tll )П ) ()д

N N

35 токе преобразователя измеряют среднюю эа указанный период мощность потерь P (), полагая число вычисляют число k по выражению при токе преобразователя, превышающем заданный в число раз, определяемое по выражению и при одновр емен ной ра 6 от е и в ентилей измеряют в каждом вентиле среднюю за укаэанные период мощность потерь Р; (>), перенумеровывают вентили в порядке убывания их мощностей потерь Р; (<), вычисляют отношение чи- 2g сел т;(„)и М по выражению

))) ))l),) ° (!. ) (Р )!Ч-,) + P )«-l)

N Ы P) ()) P;)),) где Р „„(), )1 — наименьшая из мощ-. 25 ностей Р,. (, д,,вычисляют число В („) по выражению если число В () (1, то числа m и Ы выбирают из соотношения в противном случае определяют наибольшее число 1(„). при котором удовлетворя ется неравенство

1kk) ш Е()(" ) Ъ- -И вЂ” ) (1

N N

1 ) для вентиля с номером 4, определяемым из выражения для вентилей с номерами большими принимают после чего повторяют перечисленные операции, начиная с измерения в каждом вентиле при новом токе преобразователей средней за указанный перНор, мощности потер b Р; (!,), 1467691

Составитель Т. Добровольских

Редактор Е. Папп Техред Л.Олийнык Корректор А. Обручар

Заказ 1208/52 Тираж 645 Подпис ное

BHHHIIH Государственного комитета о изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101