CN1121751C - 自励式晶闸管电流型斩波器 - Google Patents

Abstract

一种自励式晶闸管电流型斩波器，由并联的主晶闸管、组成无源逆变桥的辅晶闸管、关断电容、空芯电抗、逆阻二极管、缓冲电容、缓冲电抗器及触发脉冲控制装置构成，改变主晶闸管斩波占空比，即实现对电压源负载的电流控制，具有：1、晶闸管的开关损耗降低、斩波器工作频率得以提高，2、不需要外附电压源，3、无外附电压源和变压器，电路简单，还克服了现有技术受扰动而导致晶闸管误导通致使电压源短路、损坏器件的弊端之优点。

Description

自励式晶闸管电流型斩波器

本发明涉及一种电力电子变流技术、特别是一种由晶闸管构成的自励式电流型斩波器，适用于交流感应电动机的内馈调速及其它电流型电力电子控制设备。

晶闸管斩波的技术关键在于晶闸管的关断，用IGBT等全控电力电子器件构成的斩波器尽管具有电路简单的优点，但是受电力电子器件容量、动态参数和经济性的限制，在高压大功率设备上使用的这类斩波器，可靠性就不如晶闸管斩波器。

1990年中国电工技术学会电力电子学会第四次全国学术会议论文集发表的《转子斩波调速在行车遥控中的应用》论文代表目前晶闸管电流型斩波器的技术现状，它由外附的电压源为关断电容辅助充电，然后在关断电容放电时形成对斩波晶闸管反向施压而完成关断，这种斩波器存在以下不足：

1、需要外附的电压源和变压器，电路结构复杂，并且由于对关断电容充电电流脉冲强度大、频率高，变压器发热严重。

2、当受到意外扰动，而使充电和放电晶闸管同时导通时，将造成电压源短路、损坏器件，可靠性差。

3、关断电容只有半波产生关断作用，而另外半波为空程，因而限制了斩波器的频率和效率，斩波效率和频率低。

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种不需要外附电源和变压器、即使受到扰动导致晶闸管误导通也不会产生短路而损坏器件的自励式晶闸管电流型斩波器。

本发明的目的可以通过下述的技术方案来实现：这种自励式晶闸管电流型斩波器，它由并联的主晶闸管KK₁、KK₂、组成无源逆变桥的辅晶闸管KK₃、KK₄、KK₅、KK₆、关断电容C₁、空芯电抗L、逆阻二极管ZK、缓冲电容C₂、缓冲电抗器L₁及触发脉冲控制装置3构成，关断电容C₁接在组成的无源逆变桥的网端，无源逆变桥的阀端经空芯电抗L与主晶闸管并联接于电流源输入端，构成主晶闸管的自励关断电路；逆阻二极管ZK、缓冲电容C₂、缓冲电抗器L₁“T”型连接构成的DCL缓冲电路输入端接在主晶闸管两端、输出端可接电压源负载2。这样的斩波器投入使用时，在触发主晶闸管之前，预先触发处于对角线上的一对辅晶闸管KK₃和KK₆，使电流源通过空芯电抗器L对关断电容C₁充电、使关断电容C₁建立关断电压，当关断电容C₁两端电压升高至电压源负载2固定的直流电压数值时，电流源1不再为关断电容C₁充电，换路至电压源负载回路，此时关断电容C₁就建立了关断电压，辅晶闸管KK₃和KK₆也失去了维持电流而自行关断，而在关断电容C₁建立了初始关断电压之后，就可以按需要的占空比触发导通主晶闸管KK₁，当另一对辅晶闸管KK₄和KK₅触发导通时，关断电容C₁立即放电，主晶闸管KK₁被施以反向电压而关断，原流经导通的主晶闸管KK₁的电流被换路流向关断电容C₁，关断电容C₁放电后由电流源经导通的辅晶闸管KK₄、KK₅重新充电，但充电电压极性与前相反，待充电达到电压源负载2固定的直流电压数值后，充电结束，导通的辅晶闸管KK₄、KK₅自行关断，此后触发导通主晶闸管KK₂，当辅晶闸管KK₃和KK₆触发导通时，关断电容C₁立即放电，主晶闸管KK₂被施以反向电压而关断，流经导通的主晶闸管KK₂的电流被换路流向关断电容C₁，关断电容C₁放电后又由电流源经导通的辅晶闸管KK₃、KK₆充电，充电电压极性又与前相反，待充电达到电压源负载2固定的直流电压数值后，充电结束，导通的辅晶闸管KK₃、KK₆自行关断，再触发导通主晶闸管KK₁，……，如此重复，完成斩波变流任务。

上述的斩波器，逆阻二极管、缓冲电容、缓冲电抗器“T”型连接构成的DCL缓冲电路作用有二：一是使流经电压源负载的电流连续，并减小电流谐波；二是避免电压源负载电流断续引起关断电容过充电产生过电压。

上述的斩波器，空芯电抗器的作用是抑制关断电容充放电时的电流上升率，防止辅晶闸管因电流上升率过大而造成损坏，同时，空芯电抗器还按斩波电流大小正比例地提高关断电容的电压，使关断电压按斩波电流的大小正比变化，从而形成关断自适应控制，进一步提高了关断可靠性。

上述的斩波器，脉冲触发控制装置3是为主、辅晶闸管提供所需触发脉冲的电子装置。

上述的斩波器，并联联接的两斩波主晶闸管KK₁、KK₂采取相位交错的叉相工作方式工作，承担斩波开关工作，通过改变其斩波占空比，即通过改变斩波主晶闸管的导通时间与周期的比值来实现斩波控制。

本发明的上述斩波器，具有如下优点：

1、主晶闸管分两组、组成主晶闸管关断电路的四只辅晶闸管也分两组对称轮流导通工作，晶闸管开关频率是斩波器斩波频率的1/2，斩波器斩波频率是每只晶闸管开关频率的2倍，使晶闸管的开关损耗降低，同时也使斩波器的工作频率得以提高。

2、关断电容仅由输入电流源充电，不需要外附电压源和变压器。

3、由于无外附电压源和变压器，电路结构简单，还克服了现有技术受到扰动而导致晶闸管误导通致使电压源短路、损坏器件的弊端。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述：

图1为本发明所提供的自励式晶闸管电流型斩波器的电原理图。

图2为应用本发明所提供的自励式晶闸管电流型斩波器的内馈调速电动机的电原理图。

参照附图1，本发明所提供的这种自励式晶闸管电流型斩波器，它由并联的主晶闸管KK₁、KK₂、组成无源逆变桥的辅晶闸管KK₃、KK₄、KK₅、KK₆、关断电容C₁、空芯电抗L、逆阻二极管ZK、缓冲电容C₂、缓冲电抗器L₁及触发脉冲控制装置3构成，关断电容C₁接在组成的无源逆变桥的网端，无源逆变桥的阀端经空芯电抗L与主晶闸管并联接于电流源输入端，构成主晶闸管的自励关断电路；逆阻二极管ZK、缓冲电容C₂、缓冲电抗器L₁“T”型连接构成的DCL缓冲电路输入端接在主晶闸管两端、输出端可接电压源负载2。

附图2是本发明在斩波式内馈调速电动机上的应用实例，其调速电动机本体4的调节绕组与三相有源逆变器2’的网端相联构成本发明附图1中的电压源负载2，而调速电动机本体4的转子绕组与三相整流器1’的网端相联、和三相整流器1’及三相整流器1’阀端串联的平波电抗器L₂构成本发明附图1中的电流源，三相有源逆变器2’的逆变角固定在最小角度不变，改变斩波主晶闸管的斩波占空比，即可实现电机转速调节。

Claims (1)

1、一种自励式晶闸管电流型斩波器，其特征在于：它是由并联的主晶闸管(KK₁、KK₂)、组成无源逆变桥的辅晶闸管(KK₃、KK₄、KK₅、KK₆)、关断电容(C₁)、空芯电抗(L)、逆阻二极管(ZP)、缓冲电容(C₂)、缓冲电抗器(L₁)及触发脉冲控制装置(3)构成的，关断电容(C₁)接在组成的无源逆变桥的网端，无源逆变桥的阀端经空芯电抗(L)与主晶闸管并联接于电流源输入端，构成主晶闸管的自励关断电路；逆阻二极管(ZK)、缓冲电容(C₂)、缓冲电抗器(L₁)“T”型连接构成的DCL缓冲电路输入端接在主晶闸管两端、输出端可接电压源负载(2)。