Импульсный преобразователь постоянного тока

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 М 3/135

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) I4ÈÎИ3ИЯ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ : .;. ни.;.

, „, p>g. .у гt » в

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фиг. f (21) 4851117/07 (22) 16.07.90 (46) 15.01.93, Бюл, М 2 (71) Научно-производственное объединение силовой электроники (72) Е.АЛекарев и А,Н.Баранов (56) Драймон К. и др. Запираемый тиристор — новый конструктивный элемент тяговых преобразователей. — Железные дороги мира, 1988, М 3, с.19, рис.1в.

Там же, с.21, рис.4. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Использование: изобретение может быть использовано в полупроводниковых преобразователях электроподвижного состава постоянного тока, а также в преобразователях для многосистемного электроподвижного состава с повышенной

»5U 1788560 А1 надежностью. Сущность изобретения; устройство содержит последовательно включенные с нагрузкой 1 быстро насыщающийся дроссель 2, реверсивно включаемый динистор 3 и отсекающий диод

4. Для управления реверсивно включаемым динистором 3 служит коммутационный узел, состоящий из коммутирующего конденсатора 5, зашунтированного источником подзаряда 6. Коммутирующий конденсатор 5 подключается для накачки реверсивно включаемого динистора 3 при помощи запираемого тиристора 7 и тиристора 8, для выключения реверсивно включаемого динистора 3 коммутирующий конденсатор 5 подключается к отсекающему диоду 4 запираемым тиристором 7 и тиристором 9. Указанное выполнение устройства обеспечивает ему значительную стойкость к

+ воздействию ударных токов. 2 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в полупроводниковых преобразователях электроподвижного состава постоянного тока, а также в преобразователях для мно госистемного электроподвижного состава.

Известен импульсный преобразователь постоянного тока, в цепи нагрузки которого установлены запираемые тиристоры. Недостатком этого устройства является то, что в связи с большой разветвленностью управляющего электрода в запираемых тиристорах теряется значительная часть площади кремниевой структуры, необходимая для протекания длительного тока, При равных диаметрах полупроводниковых кремниевых структур предельные параметры по току у запираемых тиристоров вдвое ниже, чем у обычных быстродействующих, поэтому в цепь нагрузки приходится включать два и

6опее параллельно соединенных запирае- мых тиристора, и импульсные преобразователи постоянного тока в этом случае требуют высоких расходов на силовые полупроводниковые приборы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа импульсный преобразователь постоянного тока, в цепи нагрузки которого включен управляемый быстродействующий силовой полупроводниковый прибор — тиристор и узел его коммутации, подключенный параллельно этому тиристору, содержащий коммутирующий конденсатор, зашунтированный источником подзаряда, минусовая обкладка которого присоединена к катоду запираемого тиристора, а аноды запираемого и силового быстродействующего тиристоров обьединены и подключены к нагрузке. Коммутация силового быстродействующего тиристора осуществляется низковольтным источником коммутирующего напряжения— коммутирующим конденсатором, последовательно с которым включен коммутирующий ключ — запираемый тиристор, Быстродействующий тиристор со свойственным ему высоким значением тока в открытом состоянии и небольшими прямыми потерями обеспечивает передачу мощности постоянного тока, а запираемый тиристор осуществляет лишь п реры вание тока, поэтому при относительно маломощным запираемом тиристоре в коммутирующем узле можно реализовать импульсный прерыватель постоянного тока сравнительно высокой мощности.

Недостатком известного устройства является то, что при аварийных ситуациях в нагрузке (переброс дуги, круговой огонь по коллектору, замыкание на землю и т.д.) в схеме развиваются большие токи с крутым фронтом нарастания diJI dt, что часто приводит к перегреву полупроводниковой структуры быстродействующего тиристора и elo тепловому пробою еще до момента срабатывания защитных устройств электровоза.

Целью изобретения является повышение надежности импульсного преобразова10 теля постоянного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсный преобразователь постоянного тока, содержащий входные выводы для подключения источника питания, причем входной вывод для подключения положительного полюса источника питания является общим с одним из выходных выводов для

55 подключения нагрузки, управляемый быстродействующий силовой полуп роводниковый прибор, анод которого соединен с анодом запираемого тиристора, катодом подключенного к отрицательной обкладке коммутирующего конденсатора, зашунтированного источником подзаряда, дополнительно введены быстронасыщающийся дроссель, быстродействующий отсекающий диод и два быстродействующих тиристора, а в качестве управляемого быстродействующего силового полупроводникового прибора использован реверсивно — включаемый динистор, причем начало обмотки быстронасыщающегося дросселя образует другой выходной вывод для подключения нагрузки, а конец — к общей точке соединения анодов запираемого тиристора и реверсивновключаемого динистора, катод которого соедин ен с катодом одного из быстродействующих тиристоров и анодом отсекающего диода, катод которого соединен с катодом другого быстродействующего тиристора и с входным выводом для подключения отрицательного полюса источника питания, а аноды быстродействующих тиристоров объединены в общую точку, подключенную к положительной обкладке коммутирующего конденсатора.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема импульсного преобразователя постоянного тока; на фиг. 2— алгоритм работы схемы и типовые осциллограммы электромагнитных процессов при работе импульсного прерывателя.

Импульсный прерыватель постоянного тока содержит последовательно включенные с нагрузкой 1 быстронасыщающийся дроссель 2, реверсивно-включаемый динистор 3 и отсекающий диод 4.

Для управления реверсивно-включаемым динистором 3 служит коммутирующий узел, состоящий из коммутирук>щего кон1788560 денсатора 5, зашунтировэнного источником подзаряда 6. Коммутирующий конденсатор

5 подключается для накачки реверсивно— включаемого динистора 3 при помощи запираемого тиристора 7 и тиристора 8; для выключения реверсивно — включаемого динистора 3 коммутирующий конденсатор 5 подключается к отсекающему диоду 4 запираемым тиристором 7 и тиристором 9, К достоинствам реверсивно-включаемого динистора 3 относятся малые коммутационные потери при включении (время включения порядка 4 мкс), отсутствие потерь при выключении из-за обрыва обратного тока последовательно включенным отсекающим диодом 4 допустимое значение dl/dt порядка 1 10 А/мкс (1 10 А/мкс у тиристоров), возможность разработки приборов высоких классов (на допустимые напряжения 5 — 6 кВ) и на большие токи (1 — 2 кА и более), относительно низкая стоимость и высокая надежность по сравнению с тиристорами.

Импульсный преобразователь постоянного тока (фиг. 1) позволяет реализовать способ широтно-импульсного регулирования по алгоритму фиг. 2. В момент t> подаются отпирающие импульсы управления на запираемый тиристор 7 и тиристор 8, Через 2 — 4 мкс после включения тиристоров

7 и 8 начинается накачка реверсивно-включаемого динистора 3 обратным током, при этом быстронасыщающийся дроссель 2 разделяет цепи источника питания с нагрузкой

1 и цепь накачки. Через 4-5 мкс после начала накачки реверсивно-включаемый динистор 3 переходит в проводящее состояние и через нагрузку 1 с момента tz начинает протекать ток, в этот момент на запираемый тиристор 7 подается запирающий управляющий импульс, тиристоры 7 и 8 запираются, обрывая цепь тока накачки. Для прекраще. ния тока нагрузки подается в момент времени tg отпирающий импульс на управляющие электроды запираемого тиристора 7 и быстродействующего тиристора 9, при этом через 2-4 мкс после открытия тиристоров 7, 9, к отсекающему диоду 4 прикладывается в обратном направлении напряжение коммутирующего конденсатора 5 через открытый реверсивно-включаемый динистор 3. Отсекающий диод 4 запирается, обрывая ток через реверсивно-включаемый динистор 3 и нагрузку1. Одновременно начинается замещение тока реверсивно — включаемого динистора 3 и отсекающего диода 4 через коммутирующий конденсатор 5 по цепи: плюсовая обкладка конденсатора 5, тиристор 9, источник питания, нагрузка 1, дроссель 2, запираемый тиристор 7, минусовая

40 вый прибор, анод которого соединен с

5

35 обкладка конденсатора 5. После восстановления запирающих свойств реверсивновключаемого динистора 3, определяемое

его временем выключенйя, в момейт вpe14e ни t4 на управляющий электрод запираемого тиристора 7 подается отрицательный импульс тока запирания, Запираемый тиристор 7 выключается, обрывая цепь тока замещения через конденсатор 5, Далее через промежуток времени, определяемый частотой работы схемы, электромагнитные процессы повторяются, Среднее значение напряжения на нагрузке регулируется путем изменения коэффициента заполнения

y(y=r IT, где t тз - tz). Напряжение на коммутирующем конденсаторе 5 при помощи источника подзаряда 6 поддерживается в диапазоне 50 — 150 В в зависимости оттока нагрузки 1 и времени выключения реверсивно — включаемого динистора 3.

Технико-зкономические и экспериментальные исследования импульсного преобразователя постоянного тока показали, что по сравнению с устройствами аналогичного назначения заявляемое устройство обеспечивает более высокое значение надежности за счет значительного увеличения стойкости преобразователя к воздействию ударных токов.

Формула изобретения

Импульсный преобразователь постоянного тока, содержащий входные выводы для подключения источника питания, причем входной вывод для подключения положительного полюча источника питания является общим с одним из выходных выводов для подключения нагрузки, управляемый быстродействующий силовой полупроводникоанодом запираемого тиристора, катодом подключенного к отрицательной обкладке коммутирующего конденсатора, зашунтированного источником подзаряда, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения надежности, дополнительно введены быстронасыщающийся дроссель, быстродействующий отсе кающий диод и два быстродействующих тиристора, а в качестве управляемого быстродействующего силового полупроводникового прибора использован реверсивно — включаемый динистор, причем начало обмотки быстронэсыщающегося дросселя образует другой выходной вывод для подключения нагрузки, а конец— к общей точке соединения анодов запираемого тиристора и реверсивно — включаемого динистора, катод которого соединен с катодом одного из быстродействующих тиристо1788560!

Составитель Е.Лекарев

Те хред M. M oðãå H Tàë Корректор В.Петраш

Редактор

Заказ 76 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ло изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ров и анодом отсекающего диода, катод которого соединен с катодом другого быстродействующего тиристора и с входным выводам для подключения отрицательного полюса источника питания, а аноды быстродействующих тиристоров объединены в общую точку, подключенную к положительной обкладке коммутирующего конденсатора.