CS267009B1 - Zapojení generátoru řídicích impulsů pro tyristorový usměrňovač - Google Patents

Abstract

Zapojení řeší problém zjednodušení generátorů řídicích impulsů tyristorových usměrňovačů v uzlových zapojeních. Cíle se u usměrňovače se záporným pólem tvořeným anodami tyristorů dosahuje tak, že je k němu připojen emitor spínacího tranzistoru, jehož kolektor je přes omezovači odpor připojen k anodám oddělovacích diod, spojených katodami s řídicími elektrodami tyristorů usměrňovače. K bázi spínacího tranzistoru je připojen výstup komparátoru, spojeného jedním vstupem s výstupem regulátoru usměrňovače a druhým vstupem s výstupem generátoru pilového napětí o frekvenci rovné dvoj nebo trojnásobku frekvence sítě. Paralelně ke spínacímu tranzistoru může být připojena Zenerova nebo lavinová dioda. Řešení je vhodné pro nízkonapětové tyristorové usměrňovače, jaké obsahují např. zdroje pro spouštění motorových vozidel nebo pro galvanotechniku.

Description

Vynález se týká zapojení generátoru řídicích impulsů pro tyristorový usměrňovač, které řeší problém zjednodušení generátorů řídicích impulsů tyristoro vých usměrňovačů v uzlových zapojeních.

U tyristorových usměrňovačů malého napětí se nejčastěji používají uzlová dvoj, troj nebo šestipulsní zapojení. Jejich generátor řídicích impulsů bývá řešen způsobem, převzatým ze zapojení můstkových. Pro každou větev usměrňovače pak obsahuje samostatný generátor pilového napětí, samostatný komparátor, porovnávající toto napětí s výstupním napětím regulátoru, monostabilní klopný obvod pro vytvoření řídicích impulsů definované délky, samostatný koncový zesilovač a pro každý tyristor také samostatný zapalovací obvod s impulsním transformátorem. Kromě popsaných analogových generátorů řídicích impulsů se používají také zapojení, v nichž jsou fázové posuvy impulsů získávány prostředky digitální techniky. Společnou nevýhodou známých analogových i digitálních zapojení je však značná složitost a v důsledku velkého počtu součástí také zvýšená poruchovost. Existují dále zapojeni, vhodná pouze pro dvojpulsní usměrňovače, která tím, že pracuji s generátorem pilového napětí o frekvenci rovné dvojnásobku frekvence sítě, takže generují řídicí impulsy pro obě větve usměrňovače, ušetří téměř polovinu součástí. Při jejich aplikaci však musí být kontrolována ztráta tzv. tranzistorovým jevem, vznikající v závěrně polarizovaném tyristoru, na nějž je přiveden řídicí impuls. Pokud má tyristorový usměrňovač se známými typy generátorů řídicích impulsů pracovat i v chodu naprázdno nebo se zátěží s velkou indukčností, musí být vybaven přídržným odporem, zbytečně zvyšujícím jeho ztráty. Jinou možností je generovat dlouhé řídicí impulsy, pro značné nároky na napájecí zdroj regulátoru se však tato možnost využívá jen zřídka.

Uvedené nedostatky odstraňuje převážnou měrou zapojení generátoru řídicích impulsů pro tyristorový usměrňovač v uzlovém dvoj nebo trojpulsním zapojení podle vynálezu, jehož podstatou je, že u usměrňovače se záporným pólem tvořeným anodami tyristorů a kladným pólem tvořeným nulovým vývodem transformátoru je k zápornému pólu usměrňovače připojen emitor spínacího tranzistoru, jehož kolektor je spojen s omezovacím odporem, připojeným k anodám dvojice nebo trojice oddělovacích diod, jejichž katody jsou pak spojeny s řídicími elektrodami dvojice nebo trojice tyristorů usměrňovače. K bázi spínacího tranzistoru je připojen výstup komparátoru, spojeného jedním vstupem s výstupem regulátoru usměrňovače a druhým vstupem s výstupem generátoru pilového napětí o frekvenci rovné dvoj nebo trojnásobku frekvence sítě. Paralelně ke spínacímu tranzistoru může být připojena Zenerova nebo lavinová dioda.

Zapojením podle vynálezu získáme velmi jednoduchý obvod ke generaci řídicích impulsů pro tyristorové usměrňovače v uzlovém dvoj nebo trojpulsním zapojení. Oproti známým zapojením obsahuje několikanásobně menší počet součástek, což kromě prostorových a cenových přínosů vede také k výraznému zvýšení spolehlivosti. Řídicí impuls vzniká automaticky pouze u toho tyristoru, na nějž je v daném okamžiku přiloženo největší napětí v blokovacím směru. Nedochází proto ke vzrůstu závěrných ztrát tyristorů tranzistorovým jevem. Energie pro tvorbu řídicích impulsů je čerpána z výkonového obvodu, což snižuje nároky na napájecí zdroj regulátoru. Další výhodou zapojení podle vynálezu je, že převážná část obvodu - až na oddělovací diody - je společná všem větvím usměrňovače, takže je minimalizována možnost nesymetrického chodu při poruchové ztrátě řídicích impulsů některé větve, spojeného s přetížením zbylých větví a se zvětšením zvlnění výstupního proudu, na něž jsou citlivé některé typy zátěží, např. v galvanotechnice. Výhodou zapojení je také to, že usměrňovač nevyžaduje přídržný odpor, přesto jeho výstup

CS 267 009 Bl ní napětí nezaniká ani při odběru velmi malých proudů nebo v chodu naprázdno. Výtiocou pro dimenzování součástí zapojení je, že jejich proudově zatíženi trvá a „ oma t i ck \ pouze po dobu nezbytně nutnou k sepnutí tyristoru, přestože zapojeni má ..'hodné nosti generátorů s dlouhými řídicími impulsy. Pokud je paralelně ke spínacímu tranzistoru připojena Zenerova nebo lavinová dioda, jsou tyristory usměrňovače chráněnu také vůči přepětí v blokovacím směru, které může vznikat např. vypínáni·?, transformátoru usměrňovače.

Na připojených výkresech je v obr. 1 znázorněn příklad zapojení generátoru řídicích impulsů podle vynálezu, v daném případě pro usměrňovač v uzlovém trcjpulsnim zapojení. Na obr. 2 jsou pak znázorněny průběhy napětí v tomto obvodu.

Tyristorový usměrňovač 2 ^v uzlovém dvoj nebo trojpulsním zapojení ;cor. 1) má záporný pól 11 tvořen anodami dvojice nebo trojice tyristorů 2 ^a kladný pol 12 nulovvm vývodem transformátoru. Mezi oba póly je připojena zátěž 10 K zápornému pólu 11 je připojen emitor spínacího tranzistoru 2> jehož kolektor je spojen s omezovači™ odporem 2· připojeným druhým vývodem k anodám dvojice nebo trojice oddělovacích diod 2· jejich katody jsou spojeny s řídicícmi elektrodami dvojice nebo trojice tyristorů 2 usměrňovače 2· ^K bázi spínacího tranzistoru 2 je připojen výstup 73 komparátoru spojeného jedním svým vstupem 72 s výstupem regulátoru £ usměrňovače a druhým vstupem 72 s výstupem generátoru 8 pilového napětí o frekvenci rovné dvoj nebo trojnásobku frekvence sítš. Paralelné ke spínacímu tranzistoru J může být připojena Zenerova nebo lavinová dioda 6 ...

Funkce zapojení je pro složitější trojpulsní usměrňovač znázorněna na obr. 2.

Budicí proud 2jj spínacího tranzistoru 2 je komparátorem 2 generován v intervalech, kdy pilové napětí o frekvenci v daném případě rovné trojnásobku frekvence sítě převyšuje výstupní napětí u^ regulátoru 2 usměrňovače. V levé části obr. 2 je znázorněna situace, kdy napětí iL-y2 j^B trvale větší než napětí tj^, spínací tranzistor 2 není buzen a výstupní napětí u^ usměrňovače 2 je nulové. Nulový vývod transformátoru, tvořící kladný, pól 12 usměrňovače 2 j^e Přes zátěž 10 přiveden na anody trojice tyristorů 2, takže jejich katody mají fázová napětí ug, u^, υθ transformátoru. Přes omezovači odpor 2> trojici oddělovacích diod £ a ve shodném směru vodivé přechody řídicí elektroda - katoda tyristorů 2 je ^na kolektor spínacího tranzistoru 2 přivedeno nejzápornější z napětí ug, u^ nebo u_c (průběh jJj). V okamžiku, kdy při řídicím úhlu tranzistor 2 spíná (střední část obr. 2), je nejzápornějším napětí u_g, takže vodivě polarizovanou je pouze ta z trojice oddělovacích diod £, která je připojena k řídicí elektrodě tyristoru VI. Tyristor VI spíná, na zátěž 10 přivádí napětí u (průběh u .), zatímco 3 u na katodu tyristoru V2 se dostává sdružené napětí - u_a a na katodu tyristoru V3 sdružené napětí u - u . Obě tato napětí jsou v daném okamžiku kladná a protože na VI ca. — je pouze úbytek v sepnutém stavu, přestane trojicí oddělovacích diod 2 procházet proud. Tímto mechanismem je zajištěno, že řídicí impuls dostává pouze tyristor, polarizovaný v blokovacím směru a že tento impuls trvá pouze dobu nezbytně nutnou k jeho sepnutí.

Ve zbylé části obr. 2 jsou znázorněny poměry při řídicím úhlu < —1> tj. při větším otevření usměrňovače. Dvojpulsní usměrňovač je řiditelný v rozsahu X < 180°, trojpulsní v rozsahu 0 — < 120°, což u značné části nízkonapětových aplikací vyhovuje.

Je-li paralelně ke spínacímu tranzistoru 2 připojena Zenerova nebo lavinová dioda 6, vzniká proudem přes omezovači odpor £ a některou z oddělovacích diod 2 řídicí impuls také tehdy, když blokovací napětí na jednom z tyristorů 2 překročí prahové napětí diody G. Před přepětím je tím chráněn jak spínací tranzistor 2> tak tyristory 2 usměrňovače .

CS 267 009 QI 3

Zapojeni generátoru řídicích impulsů podle vynálezu je vhodné zejmena pra nízkonapěťové tyristorové usměrňovače, o nichž je obvyklé galvanické spojení regulátoru se silovou částí usměrňovače, pokud u nich v trojpulsní verzi není nutný přechod do plného i πvertorového režimu. Vhodné je rovněž pro tyristorové usměrňovače v šestioulsním uzlovém zapojení, kde je pak použito samostatně pro každou ze dvou dílčích trojpulsních částí. Typickým příkladem možného využití jsou usměrňovače pro obloukové svařování, nabíjení akumulátorů, spouštění motorových vozidel nebo pro galvanotechniku.

Claims (2)

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Zapojení generátoru řídicích impulsů pro tyristorový usměrňovač v uzlovém dvoj nebo trojpulsním zapojení, jehož záporný pól je tvořen anodami tyristorů a kladný pol nulovým vývodem transformátoru, vyznačené tím, že k zápornému pólu /11/ usměrňovače /1/ je připojen emitor spínacího tranzistoru l~il, jehož kolektor je spojen s omezovacím odporem /4/, připojeným druhým vývodem k anodám dvojice nebo trojice oddělovacích diod /5/, jejichž katody jsou spojeny s řídicími elektrodami dvojice nebo trojice tyristorů /2/ usměrňovače /1/, přičemž k bázi spínacího tranzistoru /3/ je připojen výstup /73/ komparátoru /7/, spojeného jedním svým vstupem /72/ s výstupem regulátoru /9/ usměrňovače a druhým vstupem /71/ s výstupem generátoru /8/ pilového napětí o frekvenci rovné dvoj nebo trojnásobku frekvence sítě.

2. Zapojení generátoru řídicích impulsů podle bodu 1, vyznačené tím, že paralelně ke spínacímu tranzistoru /3/ je připojena Zenerova nebo lavinová dioda /6/.