CS267009B1

CS267009B1 - Control pulse generator wiring for thyristor rectifier

Info

Publication number: CS267009B1
Application number: CS881804A
Authority: CS
Inventors: Jan Ing Jagr
Original assignee: Jagr Jan
Priority date: 1988-03-21
Filing date: 1988-03-21
Publication date: 1990-02-12
Also published as: CS180488A1

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.The connection solves the problem of simplifying the control pulse generators of thyristor rectifiers in node connections. The goal is achieved in the case of a rectifier with a negative pole formed by the anodes of the thyristors by connecting the emitter of the switching transistor to it, the collector of which is connected via a limiting resistor to the anodes of the separation diodes, connected by their cathodes to the control electrodes of the rectifier thyristors. The output of a comparator is connected to the base of the switching transistor, connected by one input to the output of the rectifier regulator and by the second input to the output of a sawtooth voltage generator with a frequency equal to two or three times the network frequency. A Zener or avalanche diode can be connected in parallel to the switching transistor. The solution is suitable for low-voltage thyristor rectifiers, such as those contained in, for example, sources for starting motor vehicles or for electroplating.

Description

Vynález se týká zapojení generátoru řídicích impulsů pro tyristorový usměrňovač, které řeší problém zjednodušení generátorů řídicích impulsů tyristoro vých usměrňovačů v uzlových zapojeních.The invention relates to the connection of a control pulse generator for a thyristor rectifier, which solves the problem of simplifying the control pulse generators of thyristor rectifiers in nodal circuits.

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.For low voltage thyristor rectifiers, node two, three or six pulse connections are most often used. Their control pulse generator is usually solved in a way taken from the bridge connections. For each branch of the rectifier, it contains a separate saw voltage generator, a separate comparator comparing this voltage with the output voltage of the regulator, a monostable flip-flop to generate control pulses of defined length, a separate power amplifier and a separate ignition circuit with a pulse transformer for each thyristor. In addition to the described analog control pulse generators, circuits are also used in which the phase shifts of the pulses are obtained by means of digital technology. However, the common disadvantage of the known analog and digital connections is the considerable complexity and, due to the large number of components, also the increased failure rate. There are also circuits suitable only for two-pulse rectifiers, which save almost half of the components by working with a saw voltage generator with a frequency equal to twice the mains frequency, so that they generate control pulses for both branches of the rectifier. However, during their application, the loss must be controlled by the so-called transistor phenomenon, which occurs in the terminally polarized thyristor, to which the control pulse is applied. If a thyristor rectifier with known types of control pulse generators is to operate even at no load or with a load with high inductance, it must be equipped with a holding resistor, which unnecessarily increases its losses. Another option is to generate long control pulses, but due to the considerable demands on the power supply of the controller, this option is rarely used.

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.The above-mentioned disadvantages are eliminated mainly by the connection of the control pulse generator for the thyristor rectifier in a nodal two or three pulse connection according to the invention, the essence of which is that , the collector of which is connected to a limiting resistor connected to the anodes of a pair or trio of isolating diodes, the cathodes of which are then connected to the control electrodes of a pair or trio of thyristor rectifiers. The output of the comparator is connected to the base of the switching transistor, connected by one input to the output of the rectifier controller and the other input to the output of the saw voltage generator with a frequency equal to two or three times the mains frequency. A Zener or avalanche diode can be connected in parallel to the switching transistor.

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 výstupBy connecting according to the invention, we obtain a very simple circuit for generating control pulses for thyristor rectifiers in a nodal two- or three-pulse circuit. Compared to known connections, it contains several times fewer components, which, in addition to space and price benefits, also leads to a significant increase in reliability. The control pulse is generated automatically only for the thyristor to which the highest voltage in the blocking direction is currently applied. Therefore, there is no increase in the closing losses of thyristors by the transistor phenomenon. The energy for generating the control pulses is drawn from the power circuit, which reduces the demands on the power supply of the controller. Another advantage of the circuit according to the invention is that the majority of the circuit - except for the isolating diodes - is common to all branches of the rectifier, so that the possibility of asymmetrical operation is minimized by fault loss of control pulses of some branch, which some types of loads are sensitive, eg in electroplating. The advantage of the connection is also that the rectifier does not require a holding resistance, yet its output

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.CS 267 009 Bleaching voltage does not disappear even when taking very small currents or when idling. The advantage for dimensioning the components of the circuit is that their current load lasts only for the time necessary to switch on the thyristor, even though the circuit has the value of generators with long control pulses. If a Zener or avalanche diode is connected in parallel to the switching transistor, the thyristors of the rectifier are also protected against overvoltage in the blocking direction, which can occur, for example, by switching off the rectifier transformer.

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.In the accompanying drawings, FIG. 1 shows an example of the connection of a control pulse generator according to the invention, in this case for a rectifier in a nodal three-pulse connection. Fig. 2 then shows the voltage waveforms in this circuit.

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 ...Thyristor rectifier 2 ⁱⁿ nodal two or three pulse connection; 1) has a negative pole 11 formed by the anodes of a pair or triple of thyristors 2 ^{and a} positive pole 12 through the zero terminal of the transformer. A load 10 is connected between the two poles. An emitter of a switching transistor 2> is connected to the negative pole 11, the collector of which is connected to a limiting resistor 2 · connected by a second terminal to the anodes of a pair or triple of isolating diodes 2 · their cathodes are connected to ^{The output 73 of the comparator is connected to the} base of the switching transistor 2 by the output 73 of the comparator connected by one of its inputs 72 to the output of the rectifier regulator 6 and the other input 72 to the output of the saw voltage generator 8 at a frequency equal to two or three times the mains frequency. A Zener or avalanche diode 6 can be connected in parallel to the switching transistor J ...

Funkce zapojení je pro složitější trojpulsní usměrňovač znázorněna na obr. 2.The circuit function is shown in Fig. 2 for a more complex three-pulse rectifier.

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.The excitation current 2j of the switching transistor 2 is generated by the comparator 2 at intervals when the saw voltage with a frequency in this case equal to three times the mains frequency exceeds the output voltage at the regulator 2 of the rectifier. The left part of FIG. 2 shows a situation where the voltage IL-y2 j ^B consistently greater than the voltage-ie, the switching transistor 2 is not excited and the output voltage u ^ rectifier 2 is zero. Neutral terminal of the transformer forming the positive pole of the rectifier 12 2 ^e j across the load 10 applied to the anodes of two thyristors triad, so that their cathodes are phase voltages UG u ^, υθ transformer. Despite the limiting resistor 2> triplet £ separating diode and conductive in the same direction crossing the control electrode - the cathode of the thyristors 2 is ^the collector of the switching transistor 2 supplied from the most negative voltage UG, u ^ _c or (jjj course). At the moment when the transistor 2 switches at the control angle (middle part of Fig. 2), the most negative voltage is u _g , so that only the one of the three isolating diodes e which is connected to the control electrode of the thyristor VI is conductively polarized. The thyristor V1 switches, a voltage u (waveform u.) Is applied to the load 10, while a _{combined voltage u - u is applied to the cathode of the thyristor V2 and a} combined voltage u - u is applied to the cathode of the thyristor V3. Both of these stresses are positive at the moment and because on VI approx. - there is only a decrease in the closed state, the current stops flowing through the three isolating diodes 2. This mechanism ensures that the control pulse receives only the thyristor polarized in the blocking direction and that this pulse lasts only the time necessary to switch it on.

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.The remaining part of Fig. 2 shows the conditions at the control angle <—1>, i.e. at a larger opening of the rectifier. The two-pulse rectifier is controllable in the range X <180 °, the three-pulse rectifier in the range 0 - <120 °, which is suitable for a large part of low-voltage applications.

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 .If a Zener or avalanche diode 6 is connected in parallel to the switching transistor 2, a control pulse is generated by current through the limiting resistor £ and one of the isolating diodes 2 even if the blocking voltage on one of the thyristors 2 exceeds the threshold voltage of diode G. Before overvoltage protected by both switching transistor 2> and rectifier thyristors 2.

CS 267 009 QI 3CS 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.The connection of the control pulse generator according to the invention is particularly suitable for low-voltage thyristor rectifiers, which are usually galvanically connected to the power part of the rectifier, unless a three-pulse version requires a transition to full or converter mode. It is also suitable for thyristor rectifiers in a six-pulse node connection, where it is then used separately for each of the two partial three-pulse parts. Typical examples of possible applications are rectifiers for arc welding, battery charging, motor vehicle starting or electroplating.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

1. Connection of a control pulse generator for a thyristor rectifier in a nodal two- or three-pulse circuit, the negative pole of which consists of thyristor anodes and the positive pole of the transformer terminal, characterized in that the emitter of the switching transistor 1 is connected to the negative pole / 11 / of the rectifier / 1 /. ~ il, the collector of which is connected to a limiting resistor / 4 /, connected by a second terminal to the anodes of a pair or trio of isolating diodes / 5 /, the cathodes of which are connected to the control electrodes of a pair or trio of thyristors / 2 / rectifiers / 1 /, switching transistor / 3 / is connected to the output / 73 / of the comparator / 7 /, connected by one of its inputs / 72 / to the output of the regulator / 9 / of the rectifier and the other input / 71 / to the output of the saw voltage generator / 8 / with a frequency equal to two or three times network frequency.

2. The connection of the control pulse generator according to claim 1, characterized in that a Zener or avalanche diode (6) is connected in parallel to the switching transistor (3).