Узел коммутации вентиля трансформаторно-ключевого преобразователя

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразователях частоты или напряжения , прерывателях и выключателях переменного тока. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет расширения диапазона рабочих частот преобразователя. Устройство содержит вентиль 1, первый 2 и второй 3 коммутирующие тиристоры, первый 7 и второй 8 коммутирующие конденсаторы, подзарядный тиристор 9, зарядный автотрансформатор 4 и два зарядных диода 5 и 6. Узел коммутации может работать в коммутируемых цепях переменного тока без источника заряда коммутирующих конденсаторов 7 и 8. Контроль уровня напряжения на коммутирующем конденсаторе 7 осуществляется пороговым устройством, а логическая часть системы управления обеспечивает подачу импульсов управления на коммутирующие 2 и 3 и подэарядный 9 тиристоры и в зависимости от уровня напряжения на коммутирующем конденсаторе 8 одновременно выполняет роль коммутирующего и накопительного . 3 ил. W г Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР „

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 л

4 4 ° t»

1 л

lie, Ц Q,kq 6е, 5

И„„ — — 1 г — 1 Г 1 Г 1 л сл с: — . ил; Л т й. и„ м

Рл

В.В.Пустовит (53) 621.316.727 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1152075, кл. Н 02 M 5/27, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1432684, кл. Н 02 M 1/08, 1988, (54) УЗЕЛ КОММУТАЦИИ В Е НТИЛЯ

ТРАНСФОРМАТОР Н0-КЛЮЧЕ ВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразователях частоты или напряжения, прерывателях и выключателях переменного тока. Цель изобретения расширение функциональных возможнот,, Ы„„1683143 À1 (5!)5 Н 02 М 1/08 стей за счет расширения диапазона рабочих частот преобразователя. Устройство содержит вентиль 1, первый 2 и второй 3 коммутирующие тиристоры, первый 7 и второй 8 коммутирующие конденсаторы, подзарядный тиристор 9, зарядный автотрансформатор 4 и два зарядных диода 5 и 6. Узел коммутации может работать в коммутируемых цепях переменного тока без источника заряда коммутирующих конденсаторов 7 и

8. Контроль уровня напряжения на коммутирующем конденсаторе 7 осуществляется пороговым устройством, а логическая часть системы управления обеспечивает подачу импульсов управления на коммутирующие 2 и 3 и подзарядный 9 тиристоры и в зависимости от уровня напряжения на коммутирующем конденсаторе 8 одновременно выполняет роль коммутирующего и накопительного. 3 ил, 1683143

20

40

Изобретение относится к преобразоватсльной технике и может быть использовано для коммутации управляющих обмоток трансформаторно-ключевых преобразователей часто ы, реализующих значительные выходные токи, а также в полупроводниковых прерь. вателях и выключателях переменного тока, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет расширения диапазона рабочих частот преобразователя.

На фиг,1 представлена функциональная схема силовой части узла коммутации; на фиг.2 — схема управления; на фиг.3 — временые диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу устройства, Узел ко мутации вентиля 1 содержит первый 2 и второй 3 коммутирующие тиристоры, катоды которых связаны между собой и соединены с отводом обмотки зарядного автотрансформатора 4, начало обмотки которого подключено к аноду перcoro зарядного диода 5, второй зарядный диод 6, первый 7 и второй 8 коммутирующие конденсаторы, подзарядный тиристор 9 и однофазный диодный мост 10, зажимы 11 переменного тока которого являются входом устройств".. Катод первого зарядного диода 5 соединен с анодами первого коммутирующего тиристора 2 и второго зарядного диода 6, катодом подзарядного тиристора 9 и первой обкладкой первого коммутирующего конденсатора 7. Катод второго зарядного диода 6 соединен с анодами второго коммутирующего тиристора 3 и подзарядного тиристора 9, а также с первой обкладкой второго коммутирующего конденсатора 8. Однофазный мост 10минусовым зажимом подключен к концу обмотки зарядного ав- -отрансформатора 4, а плюсовым зажимом — к точке соединения анода вентиля 1 и вторых обкладок первого 7 и второго 8 коммутирующих конденсаторов, Управляющая часть узла коммутации (фиг.2) состоит из блока 12 управления, имеющего выход 13 широких импульсов и вход

14 узких импульсов,: а также порогового устройства 15, входом подключенного параллельно первому коммутирующему конденсатору 7, инвертора 16, основного элемента 2И 17, узла 18 задержки фронта, первого формирователя 19 узких импульсов, второго формирователя 20 узких импульсов, fl8pBof о дополнительного элемента

2И 2!, счетного триггера 22, инвертора 23, втopoi;> дополнительного элемента 2И 24 и третьего дополнительногоэлемента 2И 25, Выход 13 широких импульсов блока 12 упоавления соединен r управляющим электродом вентиля 1, выход первого дополнительного элемента 2И 21 подключен к управляющему электроду подзарядного тиристора 9, выход второго формирователя

20 соединен с управляющим электродом второго коммутирующего тиристора 3, а выход третьего дополнительного элемента 2И

25 — c управляющим электродом первого коммутирующего тиристора 2. Узел задержки фронта 18 и формирователи 19 и 20 узких импульсов могут быть построены по схеме одновибратора или схеме укорочения импульсов.

На фиг.3 изображены временные диаграммы напряжений;

011 — напряжение на входе узла коммутации, зажимы 11;

U12,1з — напряжение на выходе 13 широких импульсов блока 12 управления;

012,<4 — напряжение на выходе 14 узких импульсов блока 12 управления;

07 — напряжение на первом коммутирующем конденсаторе 7, т.е. на входе порогового устройства 15;

0 в- напряжение на выходе порогового устройства 15;

Uie — напряжение на выходе инвертора

16;

Upz — напряжение на выходе элемента

2И 17;

01в — напряжение на выходе узла 18 задержки фронта;

0щ — напряжение на выходе первого формирователя 19 узких импульсов;

022 — напряжение на прямом выходе счетного триггера 22;

021 — напряжение на выходе элемента

2И 21, т,е. на управляющем электроде подзарядного тиристора 9;

08 — напряжение на втором коммутирующем конденсаторе 8;

022.2 — напряжение на инверсном выходе счетного триггера 22;

U24 — напряжение на выходе элемента

2И 24;

02о — напряжение на выходе второго формирователя 20 узких импульсов, т,е. на управляющем электроде второго коммутирующего тиристора 3;

02з — напряжение на выходе инвертора

23;

U2s — напряжение на выходе элемента

2И 25, т,е. на управляющем электроде первого коммутирующего тиристора 2.

Узел коммутации (фиг, 1 и 2) в соответствии с диаграммами напряжений (фиг.3) работает следующим образом.

Так как пуск устройства (первое включение вентиля 1) осуществляется при напряжении на зажимах постоянного тока

1683143

30

50

55 однофазного моста 10, равном Uvaxc (момент времени to, фиг.3), то первый 7 и второй 8 коммутирующие конденсаторы зарядятся до максимального значения с полярностью, указанной на фиг,1 без скобок (положительные значения на графиках U7, U8), напряжением, индуктированным на верхней полуобмотке зарядного автотрансформатора 4 за счет протекания рабочего тока по нижней полуобмотке этого трансформатора. Фиксация напряжения на конденсаторах 7 и 8 с указанной полярностью осуществляется с помощью первого 5 и второго 6 зарядных диодов соответственно.

Включение вентиля осуществляется широкими импульсами О г. з, которые поступают с выхода 13 блока 12 управления.

Длительность импульсов О 2.1з соответствует длительности включенного состояния вентиля 1. Так как прямое сопротивление диодов однофазного моста 10. вентиля 1 и нижней полуобмотки зарядного автотрансформатора 4 намного меньше сопротивления коммутируемой цепи (например, управляющей обмотки трансформаторноключевого преобразователя), то эта цепь окажется практически закороченной.

Размыкание коммутируемой цепи производится закрыванием вентиля 1. Управляющие узкие импульсы для закрывания вентиля 1 генерируются блоком 12 управле- ния в моменты времени, соответствующие моментам окончания широких импульсов, и поступают с выхода 14 указанного блока 12 (график U>z.è, фиг,3), Распределение импульсов U12.14 на управляющие электроды коммутирующих тиристоров 2 in 3 осуществляется в зависимости от величины напряжения на первом коммутирующем конденсаторе 7 (с полярностью без скобок, фиг.1; положи. ельные значения на графике

U7 фиг.3) относительно порогового уровня, Так как к моменту времени <1 его напряжеНИЕ 07 ПРЕВЫШаЕт ПОРОГОВЫЙ УРОВЕНЬ Unop, то на выход порогового устройства 15 пройдет импульс Од, имеющий длительность, равную длительности Ut, т.е,а 0 — t>. В этом случае на выход третьего элемента 2И 25 пройдет узкий импульс Ог, так как к моменту t t на первом входе этого элемента будет высокий логический уровень Орз, а на втором входе — также высокий логический уровень U>z.t4, К моменту времени t сигнал на выходе элемента 2И 21 (Uz>), так как на первом входе этого элемента будет низкий логический уровень U

Произойдет надежное закрывание вентиля

1 (так как UzpUnop), и первый коммутирующий конденсатор 7 перезарядится в с полярностью, указанной в скобках на фиг.1 (отрицательные значения на графике От, интервал времени tt — tz, фиг,З) по цепи— нижняя обмотка трансформатора 4, мост.

10, тиристор 2, до напряжения, определяемого значением О11 в момент времени t>.

Второй коммутирующий конденсатор 8 в зто время будет сохранять свое максимальное напряжение (полярность без скобок) Ов.

С приходом очередного широкого импульса

Utz,ta в момент tz включится вентиль 1, перезарядится конденсатор 7 с полярностью без скобок и процессы будут повторяться до момента т4, В этот момент времени включится вентиль 1 и первый коммутирующий конденсатор 7 не получит достаточной энергии для коммутации из-за низкого значения напряжения U<<. В результате напряжение

О7 будет ниже порогового уровня Опор и на выходе порогового устройства 15 будет низкий логический уровень U>g,à на выходе инвертора 16 — высокий логический уровень

О . При этом на выход элемента 2И 17 должен пройти широкий импульс О17, фронт которого будет задержан на некоторый интервал времени х узлом 18 задержки фронта, а по переднему фронту О в будет сформирован импульс Ощ с помощью первого формирователя 19, который поступит на первый вход первого элемента 2И 21. На второй вход элемента 2И 21 также поступает высокий логический уровень 022,1 с прямого выхода счетного триггера 22.

Таким образом, на выходе элемента 2И

21 формируетея импульс U2t и подается на управляющий электрод нодзарядного тиристора 9, который открывается. Первый 2 и второй 3 коммутирующие тиристоры в это время закрыты, так как на их управляющих электродах сигналы отсутствуют.

После открытия подзарядного тиристора 9 в момент времени (tn + х ) первый коммутирующий кондвнсатор 7 доэарядится от второго коммутирующего конденсатора 8, на котором хранилось максимальное напряжение с полярностью без скобок (фиг. I, график Ов на фиг.3}.

В результате дозаряда напояжения на обоих конденсаторах сравняются и будут иметь вели" ин >/

О7 == U8 - (С7 U70+ Се О80)/(С7+ СЕ1 „ гдс О О., U80 — напряжения на конденсаторах

7 и 8 к моменту вюночения подзарядного тиристора 9 (т4 + т }, причем UB0 =- О чакс1

С7 и Се — емкость конденсаторов 7 и 8.

Если, например, С7 =- Се, то

О7 = Ое = U70 + О80 / 2

T.e. Оба конденсатора б„ дут готовы к последующей коммутации, так К3К напряжение на каждом из них буде- иметь величину не меН88 О..> Омакс

8 момент во8мени 15 на выхоц тр8тьего элемента 2И 25 ПООЙДет узкий импульс на включение первого коммутирующего тиристОра 2 и I!poweo!|дет закрь133ние 88н иля 1 эа счет энергии первого конденсатора 7 (процесс будет протекать аналогично МОментам Бремени 11 и Ц }.

В момс и времени t6 первый коммутирую!Ций конденсатор 7 пОвтОрнО не пол" учит достаточной для коммутации энергии (U7> Опор), В этом случае на выходе порогового устройства 15 будет низкий логический уровень, Hа выходе инвертора 16— вь сокий логический уровень, на выход элемента 2И 17 пройдет широкий импульс О17. а первым формирователем 19 узких импульсов будет сформирован импульс О13, Однако, на выход пЕрвого элЕмента 2И 21 и упоавпяющий электрод подзарядного тирисТор3 9 импульс U13 Не пoc I1I4T, TBK KBK H3 втором входе элемента 2И 211 будет низкий логический уровень Uz.1, При t6 < t< т7 широкии I4c О17 (О12.13) пройдет на выход второго элемента 2И 24, так как на первом входе этого элемента будет высокий логический уровень Ог,р, поступивший с инверсного выхода 22.2 счетного тригг8ра

22. По заднему фронту импульса О74 вторым формирователем 20 узких импульсов будет сформирован узкий импульс Uzo (t = т7), который поступит на управляющий электрод второго коммутирующего тиристора Э. ТиРистОР 3 BKI1IoiI_#_Tc$1., и ПРоизойДет H3@e>KH3$I коммутация вентиля 1 за счет энергии второго коммутирующего конденсатора 8. Узкий импульс О1;>,14 с выхода 14 блока 20 на выход третьего элемента 2И 25 не пройдет, так как на первом входе этого элемента будет низкий логический уровень Uv, Т.е. с первого коммутирующего тиристора 2 будет снят управляющий импульс, Второй коммутирующий конденсатор 8 перезарядится с полярностью в скобках (фиг,1, отрицательные значения на графике

Ое, Фиг.Я по цеги; плюс моста 10 — конденсатор Се — тиристор 3 — нижняя обмотка трансформатора 4 — минус моста 10, Первый коммутирующий конденсатор 7 сохРанЯет неизменное напОЯжение О7 c snop на интервале t6 — t8.

С приходом очередного широкого импульса U1z.18 с выхода 13 блока 12 управления в момент времени t = t8 включится вентиль 1, первый конденсатор 7 дозарядитСя дО НаПряжЕНИя U7 -" Unop За СЧЕТ тОКа, протекающего по нижней обмотке трансформатора 4, а второй конденсатор 8 перезарядится до такого же напряжения, На I интервале t8 — t1z будет происходить надежная коммутация вентиля 1 за счет энергии первого конденсатора 7., так как напряжение на его обкладках будет принимать значениЯ U7>Unop, ВтоРОй конденсатоР 8 бУДет сохранять напряжение либо дозаря>каться до Ое = Оп1акс например при 1 =- 110.

Работа узла коммутации на интервале

t12 — т1з будет происходит аналогично интервдлУ t4 <5

Для наглядности при t > tie показан однокРатный пРовал О7 < Unop. В этом слУчае в оаботу вступит только подзарядный тиристор 9, дозарядится первый конденсатор 7 и произойдет надежная коммутация, Из-за

ОтсУтствиЯ повтоРного пРовала U7 - Unop второй тиристор Э и второй конденсатор 8 в работу не вступают, а конденсатор 8 дозаРЯжаЕТСЯ ДО Омакс В МОМЕНТ ВР8М8НИ t15, t16.

При t> t14 коммутация вентиля 1 происходит в той же последовательности, Трансформаторно-ключевой преобразователь с предлагаемым узлом коммутации, использующийся для питания обмоток электромагнитного перемешивания металлического расплава (электронно-лучевая вакуумная плавка), позволит за счет расширенного плавно регулируемого частотного диапазона повысить качество отлиВОК И СОКРЗТИТЬ ОТХОДЫ.

Формула изобретения

Узел коммутации. вентиля трансформаторно-ключевого преобразователя, управляющий электрод которого предназначен для соединения с выходом широких импульсов блока управления, снабженного также выходом узких импульсов, соответствующих моментам окончания широких импульсов, содержащий два коммутирующих тиристора, катоды которых предназначены для соединения с катодом вентиля, два зарядных диода, причем катод первого зарядного диода соединен с первой обкладкой первого коммутирующего конденсатора и

1683143

10 общей точкой анодов второго зарядного диода и первого коммутирующего тиристора, катод второго зарядного диода соединен с первой обкладкой второго коммути- рующего конденсатора и анодом второго коммутирующего тиристора, зарядный автотрансформатор, начало обмотки которого подключено к аноду первого зарядного диода, отвод обмотки предназначен для соединения с катодом вентиля, однофазный диодный мост, отрицательный вывод которого соединен с концом обмотки зарядного автотрансформатора, а положительный — с точкой соединения вторых обкладок первого и второго коммутирующих конденсаторов и предназначен для соединения с анодом вентиля, выводы переменного тока диодного моста использованы как вход узла коммутации, пороговое устройство, входом подключенное параллельно первому коммутирующему конденсатору,,а выходом — к входу первого инвертора, выход которого соединен с первым входом основного элемента 2И, второй вход которого предназначен для соединения с выходом широких импульсов блока управления, первый формирователь узких импульсов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет расширения диапазона рабочих частот преобразователя, введены подзарядный тиристор, узел задержки фронта, второй формирователь узких импульсов, счетный триггер, второй инвертор и три дополнительных элемента 2И, причем катод подза5 рядного тиристора соединен с катодом первого зарядного диода, анод — с катодом второго зарядного диода, выход основного элемента 2И через последовательно соединенные узел задержки фронта и первый

10 формирователь узких импульсов соединен с первым входом первого дополнительного элемента 2И, второй вход которого соединен с прямым выходом счетного триггера, вход которого соединен с входом основного

15 элемента 2И, а инверсный выход — с первым входом второго дополнительного элемента

2И, второй вход которого соединен с входом узла задержки фронта, выход — с входом второго формирователя узких импульсов, 20 выход которого соединен с управляющим электродом второго коммутирующего тиристора и входом второго инвертора, выход которого соединен с первым входом третьего дополнительного элемента 2И, второй

25 вход которого предназначен для соединения с выходом узких импульсов блока управления, а выход — с управляющим электродом первого коммутирующего тиристора, выход первого дополнительного элемента 2И сое30 динен с управляющим электродом подзарядного тиристора.

1683143

Составитель А, Парочкина

Редактор Л. Гратилло Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С. Черни

Заказ 3420 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного ков.. ета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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