CS208545B1

CS208545B1 - Connection of the tyristor voltage alternator commutated by the capacitous character load

Info

Publication number: CS208545B1
Application number: CS917878A
Authority: CS
Inventors: Svatopluk Bohata
Original assignee: Svatopluk Bohata
Priority date: 1978-12-29
Filing date: 1978-12-29
Publication date: 1981-09-15

Description

(54) Zapojení tyristorového napěťového střídače komutovaného zátěži kapacitního charakteru(54) Connection of thyristor voltage inverter with switched capacitance

Vynález řeší problém napájeni spotřebičů s kapacitním charakterem pomocí napěťového tyristorového střídače přes převodní transformátor, kde napáječi kmitočet střidače je určován zátěži. Zároveň je předmětem vynálezu i způsob ochrany výkonových tyristorů proti proudovému přetížení při případné nedokonalé komutaci vlivem poruchy v zátěži.The invention solves the problem of supplying consumers with capacitive character by means of a voltage thyristor inverter via a transformer where the supply frequency of the inverter is determined by the load. At the same time, the invention also provides a method of protecting power thyristors against current overload in the event of an imperfect commutation due to a load failure.

Při napájení ozonizátorů nebo jiných spotřebičů kapacitniho charakteru pomocí měničů frekvence o velkých výkonech se běžně používá tyristorových měničů, jež jsou napájeny stejnosměrným napětím získaným většinou usměrněním a vyfiltrováním střídavého napět! z třífázové sítě. Napájecí usměrňovače bývají provedeny jako řízené, takže js možno volit vhodné napáječi napět! střidače. Vlastni střídače mohou být provedeny bu9 s nucenou komutací pomocnými komutačními obvody nebo jsou komutovány sériovým rezonančním obvodem, složeným z kondenzátorů a lndukčností, vestavěným v primárním obvodu převodního transformátoru. Střidače s nucenou komutací jsou však značně složité a drahé. Střidače s pomocným rezonančním obvodem jsou v primárním vinuti transformátoru jsou sice méně nákladné, o to nákladnější je však pomocný rezonanční obvod, jenž musí být dimenzován jednak na výkon střidače či spotřebiče, jednak na vyšší pracovní frekvenci, při niž střídač pracuje a jež je vyšší než frekvence sítová. Tato skutečnost ssebou přináší většinou nutnost použit v rezonančním obvodu speciálních kondenzátorů, které vyšší pracovní frekvenci When powering ozonators or other capacitive appliances with high power frequency converters, thyristor converters are commonly used, which are supplied with the DC voltage obtained by mostly rectifying and filtering AC voltage! from a three-phase network. The supply rectifiers are designed to be controlled, so that a suitable supply voltage can be selected! inverters. The inverters themselves may be either forced forced by auxiliary commutating circuits or are switched by a series resonant circuit consisting of capacitors and inductances built into the primary circuit of the transformer. However, forced commutation inverters are complex and expensive. Inverters with an auxiliary resonant circuit are less expensive in the primary winding of the transformer, but the more expensive is the auxiliary resonant circuit, which must be designed both for the power of the inverter or the consumer and for the higher operating frequency at which the inverter is operating. frequency. This fact usually brings the necessity to use in the resonant circuit of special capacitors that have higher working frequency

208 545 snesou. Tyto kondenzátory pak nezřídka musí být opatřeny vodním chlazením k odvodu ztrát v dielektriku.208 545 endure. These capacitors often have to be water cooled to dissipate the losses in the dielectric.

V rezonančním obvodu tak vznikají další přídavné ztráty, jež nepříznivě ovlivňuji celkovou energetickou účinnost napáječe.This results in additional additional losses in the resonant circuit, which adversely affect the overall energy efficiency of the UPS.

Uvedené nevýhody jsou naproti tomu odstraněny u zapojeni tyrlstorového napólového střidače podle vynálezu, u něhož se využívá jako kondenzátoru rezonančního obvodu vlastni a dynamické kapacity spotřebiče a jako Indukčnosti průchozí Indukční reaktance převodního transformátoru. Toto zapojeni je charakterizováno tlm, že k sekundárnímu vinuti transformátoru je připojena zátěž a vstupy čidla extrémního napětí, jehož výstup Je připojen ke vstupu řídicích a spouštěcích obvodů. Výstupy řídicích a spouštěcích obvodů jsou připojeny ke spouštěcím elektrodám výkonových tyristorů a ke svorce kladného napětí zdroje napájecího napět! je připojen prvni výkonový tyristor svoji anodou, přičemž jeho katoda ja přes prvni primární vinuti transformátoru připojena ke svorce nulového napětí zdroje, s niž je rovněž spojena přes druhé primární vinuti transformátoru anoda druhého výkonového tyristorů. Oeho katoda je spojena se svorkou záporného napětí zdroje, zatímco k oběma výkonovým tyristorům jsou připojeny antiparalelně rekuperační diody.These disadvantages, on the other hand, are eliminated in the circuit of the thyristor pole inverter according to the invention, in which the intrinsic and dynamic capacitance of the appliance is used as the resonant circuit capacitor and the inductance of the transformer transformer is inductive. This connection is characterized by the fact that the load and inputs of the extreme voltage sensor are connected to the secondary winding of the transformer, the output of which is connected to the input of the control and trigger circuits. The outputs of the control and trigger circuits are connected to the trigger electrodes of the power thyristors and to the positive voltage terminal of the power supply! the first power thyristor is connected by its anode, the cathode of which is connected via the first primary winding of the transformer to the neutral source of the source to which it is also connected via the second primary winding of the transformer the anode of the second power thyristor. The O cathode is connected to the negative voltage terminal of the power supply, while the anti-parallel recovery diodes are connected to both power thyristors.

Příkladné uspořádáni zapojeni tyristorového napětového etřidače podle vynálezu je znázorněno na připojeném výkrese. Tyristorový střidač js připojen ke zdroji 1. napájecího napětí tak, že ke svorce kladného výstupního napětí zdroje 1, je připojena anoda prvního výkonového tyristorů 3, jehož katoda je spojena přes první primární vinutí 5 transformátoru k nulové svorce zdroje napětí 1. Ke svorce záporného napětí zdroje 1, je pak připojena katoda druhého výkonového tyristorů 4, jehož anoda Je přes druhé primární vinuti 6 transformátoru opět připojena k nulové svorce zdroje napět! 1_. K sekundárnímu vinuti 7 transformátoru je pak připojena zátěž 8 a vstupy čidla 10 extrémního napětí. Výstup čidla 10 extrémního napětí je spojen se vstupem řídících a spouštěcích obvodů 9, Jejichž výstupy jsou spojeny se spouštěcími elektrodami výkonových tyristorů 3 a 4. K oběma výkonovým tyristorům 3, 4 jsou kromě toho antiparalelně připojeny rekuperační diody 11.An exemplary circuit arrangement of a thyristor voltage converter according to the invention is shown in the attached drawing. The thyristor inverter is connected to the power supply source 1 so that the anode of the first power thyristor 3 is connected to the positive output terminal of the power supply 1, the cathode of which is connected via the first primary winding 5 of the transformer to the power supply terminal 1. of the source 1, the cathode of the second power thyristor 4 is then connected, the anode of which is connected to the neutral terminal of the voltage source again via the second primary winding 6 of the transformer. 1_. The load 8 and the inputs of the extreme voltage sensor 10 are then connected to the secondary winding 7 of the transformer. The output of the extreme voltage sensor 10 is connected to the input of the control and trigger circuits 9, the outputs of which are connected to the trigger electrodes of the power thyristors 3 and 4. In addition, regenerative diodes 11 are connected to the two power thyristors 3, 4.

Znázorněné zapojeni pracuje v podstatě následujícím způsobem: průchozí Induktivní reaktance mezi primárními vinutími 5, 6 a sekundárním vinutím 7 transformátoru 2 představuje indukčnost sériového rezonančního obvodu, Jehož kapacita je představována opět vlastni a dynamickou kapacitou ozonlzátoru, připojeného k sekundárnímu vinutí. Oe zřejmé, že transformátor 2 musi být navržen tak, aby jeho průchozí indukčnost měla takovou hodnotu, že výsledný rezonanční obvod s připojeným ozonizátorem bude pracovat právě v oblasti frekvence, jež je požadována. To si většinou vyžádá, aby byl transformátor 2 navržen jako rozptylový. Při spuštěni obvodu bude nejprve spouštěcími a řídicími obvody 9 sepnut prvni výkonový tyristor 3. Ze zdroje napětí 1_ projde přes prvni primární vinuti 5 transformátoru 2 proudový impuls, jenž vynutí kmit takto vytvořeného rezonančního obvodu. Přitom na druhém primárním vinuti 6 transformátoru 2 se bude indukovat napětí obdobného průběhu jako na prvním primárním vinuti 5, avšak fázově a tvarově upravená průchozí Indukčnosti samotného prvního primárního vinuti 5. Fázově bude napětí na druhém primárním vinuti 6The shown circuit works essentially as follows: the through inductive reactance between the primary windings 5, 6 and the secondary windings 7 of the transformer 2 represents the inductance of the series resonant circuit, whose capacity is again represented by the actual and dynamic capacity of the ozonator connected to the secondary winding. It will be appreciated that the transformer 2 must be designed such that its pass-through inductance is of such a value that the resulting resonant circuit with the ozonator connected will operate precisely in the frequency range desired. This usually requires transformer 2 to be designed as a leakage. When the circuit is started, the first power thyristor 3 will first be triggered by the start and control circuits 9. From the voltage source 7, a current pulse passes through the first primary winding 5 of the transformer 2, forcing the oscillation of the resonant circuit thus formed. In this case, a voltage similar to that of the first primary winding 5 will be induced on the second primary winding 6 of the transformer 2, but the phase and shape-induced throughput inductance of the first primary winding 5 will be induced.

0 8 ί 4 S transformátoru 2 poněkud předbíhat napěti na primárním vinuti 5, a to v poměru, v jakěm ea průchozí indukčnoet samotného prvního primárního vinutí 5 podílí na celkové průchozí indukčnosti celého transformátoru 2. Po odezněni první půlperiody rezonančního kmitu přestane procházet proud přes první výkonový tyristor 3. V tom okamžiku řídicí a spouštěcí obvody 9 uvedou řídícím impulzem druhý výkonový tyristor 4 do vodivého stavu. Tím začne protékat proud ze svorky záporného napětí zdroje í druhým primárním vinutím 6 transformátoru 2. Na druhém primárním vinutí 6 bude přitom v okamžiku sepnutí druhého výkonového tyristoru 4 napěti vyšší než Je napětí připojovaného zdroje JL, a to úměrně fázovému posunu. Velikost napělového převýšeni bude dána průchozími indukčnostmi transformátoru 2.0 8 ί 4 With the transformer 2 somewhat overtaking the voltage on the primary winding 5, in proportion to how e and the through inductance of the first primary winding 5 alone contributes to the total through-flow inductance of the whole transformer 2. After the first half period of resonance At that time, the control and trigger circuits 9 bring the second power thyristor 4 into a conductive state by means of a control pulse. Thereby, the current from the negative voltage terminal of the source 1 starts to flow through the second primary winding 6 of the transformer 2. On the second primary winding 6, at the moment of switching the second power thyristor 4 the voltage is higher than the voltage of the connected source J1, proportionally to the phase shift. The magnitude of the voltage surge will be given by the transient inductances of the transformer 2.

Při připnuti druhého primárního vinuti 6 se pak funkce obou vinuti s ohledem na fázový posun obrátí. Energie daná napětovým převýšením zajistí bezpečné rozepnuti prvního výkonového tyristoru 3. Vždy na konci další půlperiody si oba obvody vymění svoje funkce, což zajisti řidiči a spouštěcí obvody 9, řízené čidlem 10 extrémního napětí, podle průběhu napětí na zátěži 8, tj. kupř. ozonizátoru.When the second primary winding 6 is connected, the function of both windings is reversed with respect to the phase shift. The energy given by the voltage surge ensures a safe opening of the first power thyristor 3. At the end of the next half period, both circuits exchange their functions, ensuring the driver and the trigger circuits 9 controlled by the extreme voltage sensor 10 according to the voltage waveform 8, e.g. of the ozonator.

Rozděleni primárního vinuti transformátoru 2 do dvou stejných, smyslově shodných vinutí má ještě tu výhodu, že při případné poruše v napájené zátěži 8, k niž může zejména u ozonizátoru velmi snadno dojít, nedojde k přímému zkratu průchodem proudu přímo přes oba výkonové tyristory 3, 4, a tím k destrukci ochranných pojistek. Zkratový proud v takovém případě Je v obvodu omezen vzájemnou průchozí reaktancí mezi oběma primárními vinuíimi a 6. Rekuperační diody 11 plní běžnou funkci, tj. omezuji přepětí v obvodu a rakuperují energii zpět do zdroje J v přechodových stavech.Splitting the primary winding of the transformer 2 into two identical, sensually identical windings has the additional advantage that in the event of a failure in the powered load 8, which can occur very easily especially in the ozonator, a direct short-circuit does not occur by passing current directly through both power thyristors 3, 4. and thus the destruction of protective fuses. The short-circuit current in such a case is limited in the circuit by the mutual through-reactance between the two primary faults and 6. The recovery diodes 11 fulfill a normal function, i.e., they reduce the overvoltage in the circuit and rakuperate energy back to the source J in transient states.

Tyristojjový napětový střídač podle vynálezu může být rovněž upraven do můstkového zapojeni tak, že k jednomu primárnímu vinutí transformátoru 2 jsou připojeny pouze tyristory dovolující kladný směr toku proudu a k druhému primárnímu vinuti tyristory dovolující tok proudu opačným směrem. Přitom oproti běžnému můstkovému zapojení jsou výkonové tyristory zařazené mezi kladnou a zápornou svorkou napájecího zdroje vzájemně rozpojeny.The thyristor voltage inverter according to the invention can also be arranged in a bridge circuit such that only one thyristor allowing positive current flow is connected to one primary winding of the transformer 2 and thyristors allowing current flow in the opposite direction to the other primary winding. The power thyristors placed between the positive and negative terminals of the power supply are disconnected from each other compared to a conventional jumper circuit.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Connection of a thyristor voltage inverter commutated with a capacitive load connected to the secondary winding of the transformer, characterized in that the secondary winding (7) of the transformer (2) is connected with the load (8) and inputs of the extreme voltage sensor (10). and the trigger circuits (9), while the outputs of the control and trigger circuits (9) are connected to the trigger electrodes of the power thyristors (3, 4) and the first power thyristor (3) is connected to its positive voltage terminal (3) by its anode. the cathode of which is connected via the first primary winding (5) of the transformer (2) to the neutral terminal of the source (i), to which it is also connected via the second primary winding (6) of the transformer (2) anode of the second power thyristor the cathode is connected to the negative terminal of the source (i), while to both power thyristors (3,4) are connected antiparallel wheeling diodes _if:.