Устройство для управления тиристорными ключами

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования напряжения под нагрузкой силовых и преобразовательных трансформаторов. Техническим результатом является повышение надежности устройства для управления тиристорными ключами, с каждым из которых последовательно включен реактор, в системе переключения ответвлений обмотки трансформатора, содержащего генератор импульсов, который через электронные ключи с их системой управления подключен к разделительным трансформаторам. Выход последних соединен с цепями управления каждого тиристора. Вывод выпрямителя в цепи управления соединен с одним выводом первого резистора и через второй резистор соединен с управляющим электродом тиристора, первыми выводами третьего резистора и диода. Другой вывод выпрямителя соединен с другим выводом первого резистора, одним выводом конденсатора, а также с катодом тиристора через ключевой элемент с управляющим входом. Нелинейный резистор одним выводом подсоединен к управляющему входу ключевого элемента, а другим - к второму входу третьего резистора. Конденсатор другим выводом соединен с вторым выводом диода, а точки соединения выводов нелинейного резистора и третьего резистора, а также конденсатора и диода соединены между собой. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования напряжения под нагрузкой силовых и преобразовательных трансформаторов.

Известно устройство для управления тиристорными ключами, содержащее генератор импульсов, который через электронные ключи с их схемой управления подключен к разделительным трансформаторам, выходы которых подключены к выпрямителям, резисторы и конденсаторы (А.с. СССР N 1003039). Перечисленные элементы в указанном а. с. входят (за исключением схемы управления электронными ключами) в согласующие цепи. Схема управления электронными ключами согласно а.с. содержит датчик напряжения, триггер, логические элементы, цепи управления "ВЫШЕ" и "НИЖЕ".

Схема соединения разделительного трансформатора, выпрямителей, резисторов и конденсаторов на каждый тиристорный ключ в устройстве для управления тиристорными ключами приведена на чертеже 6БП,242.024 ЭЗ (Контактор. Схема электрическая принципиальная).

Описанное устройство работает по способу, изложенному в а.с.

Переключение ответвлений осуществляется по команде "ВЫШЕ" или "НИЖЕ" в схеме управления электронными ключами. При этом один из электронных ключей размыкается и практически в тот же момент другой электронный ключ замыкается. Это приводит к тому, что напряжения управления снимаются с одного тиристорного ключа, выходящего из работы, и практически в тот же момент подаются на другой тиристорный ключ, вступающий в работу.

В течение интервала коммутации тиристорных ключей происходит переход тока первичной обмотки трансформатора с одного ответвления на другое, а также выключение тиристорного ключа, выходящего из работы. Если указанный тиристорный ключ не успеет выключиться, то происходит короткое замыкание регулировочной ступени обмотки трансформатора через тиристорные ключи. Токи при коротком замыкании в тиристорных ключах и регулировочной ступени обмотки достигают недопустимых значений из-за термических и электродинамических воздействий.

Кроме того при работе одного тиристорного ключа в цепи управления другого наводится ток помехи, замыкающийся между управляющим электродом и катодом с одной стороны и выпрямителем - с другой стороны, на каждый тиристор ключа. Это вызывает включение неработающего тиристорного ключа и как следствие короткое замыкание регулировочной ступени обмотки.

Отмеченные недостатки устройства для управления тиристорными ключами препятствуют промышленному использованию тиристорного переключающего устройства.

Целью изобретения является повышение надежности путем устранения коротких замыканий регулировочных ступеней обмотки, при которых токи достигают недопустимых величин.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления тиристорными ключами в системе переключения ответвлений обмотки трансформатора, содержащем генератор импульсов, который через электронные ключи с их схемой управления подключен к разделительным трансформаторам, выходы которых подключены к выпрямителям, резисторы и конденсаторы, в цепи управления каждого тиристора один из выводов выпрямителя соединен с одним выводом первого резистора и через второй резистор соединен с управляющим электродом тиристора, первыми выводами третьего резистора и диода, другой вывод выпрямителя соединен с другим выводом первого резистора, одним выводом конденсатора, а также с катодом тиристора через ключевой элемент с управляющим входом, нелинейный резистор одним выводом подсоединен к управляющему входу ключевого элемента, а другим - к второму выводу третьего резистора, конденсатор другим выводом соединен с вторым выводом диода, точки соединения выводов нелинейного резистора и третьего резистора, а также конденсатора и диода соединены между собой.

Сущность заявляемого устройства состоит в следующем.

Работа тиристорного ключа, соединенного с ответвлением обмотки пониженного выходного напряжения трансформатора, обеспечивается токами управляющих электродов тиристоров указанного ключа, которые определяются напряжениями на выходах соответствующей пары диодных выпрямителей в цепях управления тиристоров.

Если по условиям работы нагрузки необходимо повысить выходное напряжение трансформатора, то снимают напряжения с выхода указанных диодных выпрямителей и одновременно подают их на выходы другой пары диодных выпрямителей, которые включены в цепи управления тиристоров ключа, подсоединенного к ответвлению обмотки трансформатора повышенного выходного напряжения. Токи в управляющих электродах указанных тиристоров появляются через интервал времени δ , тиристорный ключ отпирается и начинается коммутация ключей длительностью γ. Интервал времени δ+γ обеспечивает выключение тиристорного ключа, подсоединенного к ответвлению пониженного выходного напряжения трансформатора.

В прототипе момент снятия напряжений управления и соответственно токов управляющих электродов с тиристорного ключа, соединенного с ответвлением обмотки пониженного выходного напряжения, и момент подачи указанных напряжений и соответственно токов на тиристорный ключ, соединенный с ответвлением обмотки повышенного выходного напряжения, совпадают. Это приводит к тому, что тиристор ключа, соединенного с ответвлением обмотки пониженного выходного напряжения, не проводивший ток во время коммутации ключей, из-за недостаточного времени, предоставленного схемой для выключения, отпирается после завершения коммутации. В результате образуется короткозамкнутый контур, состоящий из отпертого тиристора ключа, соединенного с ответвлением обмотки пониженного выходного напряжения, тиристорного ключа, соединенного с ответвлением обмотки трансформатора повышенного выходного напряжения, и регулировочной ступени обмотки. В короткозамкнутом контуре токи в тиристорах и регулировочной ступени обмотки достигают недопустимых опасных значений.

Кроме того исключается наводка помех в цепях управляющих электродов тиристоров неработающего ключа, так как ключевые элементы разомкнуты. В прототипе, из-за отсутствия указанных ключевых элементов в цепях управления тиристорами, токи помех могут замкнуться с одной стороны через диоды выпрямителей, с другой - через управляющие электроды и катоды тиристоров. Это вызывает не своевременное включение неработающего тиристорного ключа и как следствие описанное выше короткое замыкание регулировочной ступени обмотки через тиристорные ключи.

На чертеже представлена схема заявляемого устройства на примере трансформатора с одной регулировочной ступенью обмотки.

Устройство содержит трансформатор 1 с ответвлениями 2 и 3 первичной обмотки соответственно пониженного и повышенного выходного напряжений на нагрузке 4, тиристорные 5 и 6 ключи, с каждым из которых последовательно включен реактор, с тиристорами 7, 8 и 9, 10, генератор 11 импульсов, электронные 12, 13 ключи с их схемой 14 управления, разделительные 15, 16 трансформаторы, цепи 17, 18, 19, 20 управления тиристорами. Каждая из цепей содержит диодный 21 выпрямитель, резисторы 22, 23, 24 соответственно первый, второй, третий, нелинейный 25 резистор (например, стабилитрон), конденсатор 26, диод 27,ключевой 28 элемент.

Блок 29, 30 защиты на каждый тиристорный ключ.

Блок содержит RC-цепь, два диода и нелинейный элемент, например варистор.

Устройство работает следующим образом. Работа тиристорного 5 ключа, подсоединенного к ответвлению 2 пониженного выходного напряжения, обеспечивается токами управляющих 7 и 8 электродов тиристоров, которые определяются напряжениями на выходах двух диодных 21 выпрямителей цепей 17 и 18 управления тиристорами.

На диодные выпрямители напряжение подается от генератора 11 импульсов через электронный 13 ключ и разделительный 16 трансформатор.

Ключевые 28 элементы цепей 17, 18 управления тиристорами открыты, что обеспечивается токами нелинейных 25 резисторов и напряжениями на выходах диодных 21 выпрямителей. Напряжения на конденсаторах 26 равны напряжениям на не линейных 25 резисторах. Диоды 27 заперты напряжениями на третьих 24 резисторах.

По команде "ВЫШЕ" в схеме 14 управления электронными 12, 13 ключами размыкается электронный 13 ключ и замыкается электронный 12 ключ. При этом напряжение от генератора 11 импульсов через разделительный 15 трансформатор подается на диодные 21 выпрямители, входящие в цепи 19, 20 управления тиристорами 9 и 10 ключа 6.

После размыкания электронного 13 ключа начинается разряд конденсаторов 26 через диоды 27 и резисторы 22, 23 в цепях 17, 18 управления тиристорами 7, 8 ключа 5. В это же время идет заряд конденсаторов 26 через второй 23 и третий 24 резисторы в цепях 19, 20 управления тиристорами 9, 10 ключа 6.

Так как сопротивление R₃ третьих 24 резисторов больше, чем R₁ первых 22 резисторов, то разряд конденсаторов идет быстрее чем заряд. Когда напряжение на конденсаторах 26 снизится ниже напряжения стабилизации нелинейных 25 резисторов, ключевые 28 элементы, в цепях 17, 18 управления тиристорами 7, 8 ключа 5, закрываются.

До тех пор, пока напряжения на конденсаторах 26 в цепях 19, 20 управления тиристорами 9, 10 клоча 6 не достигнут напряжения стабилизации на нелинейных 25 резисторах, все ключевые 28 элементы остаются разомкнутыми.

Однако один из тиристоров ключа 5 продолжает проводить ток первичной обмотки трансформатора 1 через ответвление 2 пониженного выходного напряжения, В это же время другой тиристор ключа 5 восстанавливает запирающие свойства с момента снятия его тока управления.

Через интервал времени δ , после подачи напряжений на диодные 21 выпрямители в цепях 19, 20 управления тиристорами 9, 10 ключа 6, напряжения на конденсаторах 26 достигают напряжения стабилизации нелинейных 25 резисторов, которые пробиваются. Это приводит к отпиранию ключевых 28 элементов в указанных цепях и одного из тиристоров ключа 6.

С этого момента начинается коммутация тока тиристорными ключами 5 и 6. В течение интервала коммутации ток проводят два тиристора: один - ключа 5, другой - ключа 6. Если ток проводит тиристор 8, то в процессе коммутации тока участвует также тиристор 10. В том случае, когда ток первичной обмотки имеет противоположное направление, при коммутации токи проводят тиристоры 7 и 9. В течение интервала коммутации γ ток ключа 5 уменьшается до нуля, а ток ключа 6 увеличивается до тока первичной обмотки трансформатора.

Если, например, во время коммутации, ток проводил тиристор 8, то тиристор 7 восстанавливал запирающие свойства. Интервал времени δ+γ обеспечивает выключение тиристора 7.

В прототипе момент снятия напряжений управления и соответственно токов управляющих электродов с тиристоров 7 и 8, а также момент подачи указанных напряжений и соответственно токов на тиристоры 9 и 10 - совпадают. Это приводит к тому, что тиристор ключа 5, не проводивший ток во время коммутации, из-за недостаточного времени, предоставленного схемой для выключения, отпирается после завершения коммутации. В результате образуется короткозамкнутый контур, состоящий из отпертого тиристора ключа 5, тиристорного ключа 6 и регулировочной ступени обмотки между ответвлениями 2 и 3. В короткозамкнутом контуре токи в тиристорах и ступени регулировочной обмотки достигают недопустимых значений.

Кроме того в прототипе, из-за отсутствия ключевых элементов 28, в цепях 17, 18 управления тиристорами 7 и 8 ключа 5 токи помех замыкаются с одной стороны через диоды выпрямителей 21, с другой - через управляющие электроды и катоды тиристоров 7 и 8.

По команде "НИЖЕ" в схеме 14 управления электронными 12, 13 ключами размыкается электронный 12 ключ и замыкается электронный 13 ключ. С этого момента физические процессы в цепях 19, 20 и 17, 18 управления тиристорами меняются местами сравнительно с теми, которые наблюдаются по команде "ВЫШЕ". Процессы, происходящие в цепях 19, 20 управления тиристорами, по команде "НИЖЕ" аналогичны процессам в цепях 17, 18 управления тиристорами по команде "ВЫШЕ", а процессы, происходящие в цепях 17, 18, по команде "НИЖЕ" аналогичны процессам в цепях 19, 20 по команде "ВЫШЕ".

Формула изобретения

Устройство для управления тиристорными ключами, с каждым из которых последовательно включен реактор, в системе переключения ответвлений обмотки трансформатора, содержащее генератор импульсов, который через электронные ключи с их схемой управления подключен к разделительным трансформаторам, выходы которых подключены к выпрямителям, резисторы и конденсаторы, при этом выпрямитель, резисторы и конденсатор входят в состав цепи управления каждого тиристора, отличающееся тем, что в цепи управления каждого тиристора один из выводов выпрямителя соединен с одним выводом первого резистора и через второй резистор соединен с управляющим электродом тиристора, первыми выводами третьего резистора и диода, другой вывод выпрямителя соединен с другим выводом первого резистора, одним выводом конденсатора, а также с катодом тиристора через ключевой элемент с управляющим входом, нелинейный резистор одним выводом подсоединен к управляющему входу ключевого элемента, а другим - к второму выводу третьего резистора, конденсатор другим выводом соединен с вторым выводом диода, точки соединения выводов нелинейного резистора и третьего резистора, а также конденсатора и диода соединены между собой, причем сопротивление третьего резистора больше чем первого, и разряд конденсатора осуществляется через диод и второй и первый резисторы.

РИСУНКИ

Рисунок 1