RO107505B1

RO107505B1 - Control device, on way (gate), of tyristors with gto, of high power

Info

Publication number: RO107505B1
Application number: RO14829791A
Authority: RO
Inventors: Victor Mihaescu; Gerhard Schwarcz
Original assignee: Sc Ipa Sa
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1991-08-26
Publication date: 1993-11-30

Abstract

Dispozitivul pentru comanda, pe poartă, a tiristoarelor GTO, de mare putere, permite comanda tiristoarelor cu stingere, pe poartă, utilizate în acționări electrice, reglabile (choppere de putere pentru tracțiune electrică, invertoare trifazate cu PWM, acționări cu motoare de c.a., cu rotorul bobinat, pentru mașini de ridicat). Dispozitivul este alcătuit dintr-un circuit de formare a semnalelor de pilotare (CFSP), un circuit logic de START/STOP (CLS/S) și un circuit de comandă pe poartă (CCPGTO). Invenția realizează separarea galvanică, între circuitele de forță și de comandă, circuitul de comandă pe poartă (CCPGTO), cuprinzând două optocuploare și o singură sursă de tensiune continuă, izolată pentru formarea impulsurilor de comandă pe poartă (de aprindere și respectiv de stingere a tiristoarelor GTOCommand device, on gate, GTO thyristors, high power, allows the command of thiristors with extinguishing, on gate, used in electric drives, adjustable (power chopper for electric traction, three-phase inverters with PWM, motor drives etc., with winding rotor, for machine tools picked up). The device is made up of a circuit piloting signal formation (CFSP), a circuit logic of START / STOP (CLS / S) and a circuit gate command (CCPGTO). The invention is accomplished galvanic separation, between power circuits and control, the gate control circuit (CCPGTO), comprising two optocouplers and o single continuous voltage source, isolated for the formation of control pulses on the gate (of ignition and respectively quenching of thyristors GTO

Description

Invenția se referă la un dispozitiv care permite comanda pe poartă (aprindere și stingere) a unui tiristor GTO, de mare putere, utilizat în acționări electrice reglabile. Principalele aplicații ale tiristoarelor GTO, de putere, sunt chopperele de putere pentru alimentarea motoarelor de c.c., invertoarele trifazate cu modulația în lățime a pulsului (PWM) și reglare fazorială, pentru acționări de uz general (P > 20 kw, gama de reglare . 1:100), acționări reglabile, cu motoare de c.a. cu rotorul bobinat pentru mașini de ridicat, prin variația statică a rezistențelor rotorice.The invention relates to a device that allows gate control (ignition and extinction) of a high-power GTO thyristor used in adjustable electrical drives. The main applications of GTO thyristors, power, are power choppers for powering DC motors, three-phase pulse width modulation (PWM) inverters and phase adjustment, for general purpose drives (P> 20 kw, tuning range. 1 : 100), adjustable drives, with AC motors with the winding rotor for lifting machines, by the static variation of the rotor resistors.

Este cunoscut un dispozitiv pentru comanda pe poartă a tiristoarelor GTO de curenți mari, care folosește două transformatoare impuls, pentru separarea galvanică între circuitele de comandă și cele de forță.A device for gate control of high-current GTO thyristors is known, which uses two pulse transformers for galvanic separation between control and power circuits.

Dezavantajul folosirii transformatoarelor de impuls constă în faptul că pot fi utilizate la factor de umplere, de maximum 50%.The disadvantage of using pulse transformers is that they can be used at the filling factor of up to 50%.

Problema pe care o rezolvă invenția este de a realiza un circuit de comandă pe poartă, pentru tiristoarele GTO de mare putere (?tmc> 500 A).The problem solved by the invention is to create a gate control circuit for high-power GTO thyristors (? Tmc> 500 A).

Dispozitivul de comandă a tiristoarelor cu stingere pe poartă GTO, de mare putere, înlătură dezavantajele de mai sus, prin aceea că este alcătuit dintr-un circuit de formare a semnalelor de pilotare, care pornind de la un semnal dreptunghiular de frecvență reglabilă, generează un semnal de pilotare pentru aprindere, cu factor de umplere variabil, și un semnal de pilotare pentru stingere, un circuit logic de START/STOP, care primește cele două semnale de pilotare și realizează sincronizarea momentului de pornire (aprindere a GTO), cu flancul crescător al semnalului de pilotare, pentru aprindere și, respectiv, a momentului de oprire (stingere GTO cu flancul descrescător al impulsului de pilotare pentru stingere, indiferent de momentul aleator al acționării unui buton pomit/oprit, și un circuit de comandă pe poartă pentru un tiristor GTO, care primește cele două semnale de pilotare, prin intermediul a două optocuploare, condiționat de semnalul de validare, generat de circuitul logicThe high-power GTO gate extinguishing thyristor control device eliminates the above disadvantages, in that it consists of a pilot signal formation circuit, which starts from an adjustable frequency rectangular signal, generates a pilot signal for ignition, with variable filling factor, and one pilot signal for extinguishing, a logic circuit of START / STOP, which receives the two pilot signals and realizes the synchronization of the starting moment (ignition of the GTO), with the increasing flank of the pilot signal, for ignition and stop time, respectively (GTO switch off with the descending flank of the pilot drive pulse for extinguishing, regardless of the random moment of actuation of an on / off button, and a gate control circuit for a thyristor GTO, which receives the two pilot signals, via two optocouplers, conditioned by the validation signal, genes missed the logic circuit

START/STOP, și generează semnalele de comandă pentru tiristorul GTO.START / STOP, and generates the GTO thyristor control signals.

Invenția permite creșterea siguranței în funcționare, prin utilizarea separării galvanice, cu optocuploare, precum și extinderea gamei de reglare a factorului de umplere (la 0,05 -ί-0,95 pentru f=500 Hz -î-1000 Hz), în raport cu performanțele schemelor cu transformatoare de impuls.The invention allows to increase the operational safety, by using galvanic separation, with optocouplers, as well as extending the range of filling factor adjustment (to 0,05 -ί-0,95 for f = 500 Hz -î-1000 Hz), in the report with the performance of pulse transformer schemes.

Soluția tehnică nouă constă în utilizarea tensiunii de pe condensatorul de poartă, ca sursă pentru comanda de aprindere a tiristorului rapid din circuitul de stingere. Totodată, separarea galvanică între semnalele de pilotare și circuitul de comandă pe poartă se realizează prin optocuploare.The new technical solution is to use the voltage on the gate capacitor as a source for the ignition control of the rapid thyristor in the extinguishing circuit. At the same time, the galvanic separation between the pilot signals and the gate control circuit is achieved by optocouplers.

Se dă, în continuare, un exemplu de aplicare a invenției în legătură și cu fig. 1...3 care reprezintă:The following is an example of applying the invention to FIG. 1 ... 3 which represents:

- fig.l, schema electrică a unui chopper de putere, cu tiristor GTO;- fig.l, the electrical diagram of a power chopper, with GTO thyristor;

- fig.2, schema electrică a dispozitivului de comandă pe poartă a tirisitorului GTO;- fig.2, the electrical diagram of the gate control device of the GTO mirror;

- fig. 3, diagrame de semnal.FIG. 3, signal diagrams.

Sursa de tensiune continuă, reglabilă, din fig.l, este compusă dintr-un autotransformator reglabil T_rl, o punte Graetz, trifazată, realizată cu diode și un filtru RC paralel. Sarcina chopperului este formată din rezistența R, și bobina L,.The DC voltage source, adjustable, in FIG. 1, is composed of an adjustable autotransformer T _rl , a three-phase Graetz bridge, made with diodes and a parallel RC filter. The load of the chopper is formed by the resistance R, and the coil L,.

Chopperul cuprinde tiristorul GTO, împreună cu circuitele sale: circuite de protecție, cunoscute în sine ca utilizare în realizarea variatoarelor de c.c., siguranța ultrarapidă S₄, dioda antiparalel, circuitul Snubber RCD, grupul de protecție la di/dt LRD și dioda de recuperare, cu grupul antioscilant RC serie, un dispozitiv de comandă care face obiectul invenției și care, la rândul lui, este alcătuit dintr-un circuit de comandă pe poartă CCPGTO, un circuit de formare a semnalelor de pilotare CFSP, și un circuit și logic de START/STOP, CLS/S.The chopper includes the GTO thyristor, along with its circuits: protection circuits, known in themselves as used in the production of DC variators, the S ₄ ultra-fast safety, the antiparallel diode, the Snubber RCD circuit, the di / dt LRD protection group and the recovery diode, with the RC series anti-oscillator group, a control device which is the subject of the invention and which, in turn, is made up of a CCPGTO gate control circuit, a CFSP pilot signal formation circuit, and a START logic circuit. / STOP, CLS / S.

Circuitul de comandă CCPGTO este prevăzut cu o sursă de alimentare, care cuprinde trafo T_rt, puntea redresoare PI și condensatorul CI, iar celelalte circuite electronice sunt alimentate de la sursa stabilizată IST5.The CCPGTO control circuit is provided with a power source, which includes T _rt output, PI rectifier bridge and the CI capacitor, and the other electronic circuits are powered from the stabilized source IST5.

Frecvența de lucru a chopperului este stabilită de un generator de semnal dreptunghiular GF, iar factorul de umplere se reglează dintr-un potențiometru P.The working frequency of the chopper is determined by a rectangular signal generator GF, and the filling factor is regulated by a potentiometer P.

Funcționarea sistemului de comandă al tiristorului GTO poate fi urmărită pe schema electrică, detaliată, din fig.2, care cuprinde blocurile CCPGTO, CFSP și CLS/S din fig.l.The operation of the GTO thyristor control system can be traced on the detailed electrical diagram in fig.2, which includes the CCPGTO, CFSP and CLS / S blocks in fig.l.

Pornind de la semnalul de intrare de la borna U,_N a blocului CFSP - semnal dreptunghiular cu frecvență reglabilă în gama 500+1000 Hz - un monostabil p2 (tip βΕ555) generează un semnal de pilotare, pentru aprindere Ubl cu factor de umplere variabil, prin potențiometrul P, care acționează, printrun integrator p3, asupra monostabilului.Starting from the input signal from terminal U, _N of the CFSP block - rectangular signal with adjustable frequency in the range 500 + 1000 Hz - a monostable p2 (type βΕ555) generates a pilot signal, for ignition Ubl with variable filling factor, by the potentiometer P, which acts, through an integrator p3, on the monostable.

Acest semnal este derivat cu un circuit RC cu τ = R40 x Cil, apoi se asigură selectarea impulsului corespunzător flancului descrescător, printr-o diodă D,₆ și o întârziere, printr-un alt circuit RC-R₄₂; C_u cu Δί, față de flancul descrescător al semnalului Ubl, obținându-se un al doilea semnal de pilotare Ub2, sub formă de impuls (fig.3).This signal is derived with an RC circuit with τ = R40 x Cyl, then the pulse corresponding to the decreasing flank is ensured, by a diode D, ₆ and a delay, by another circuit RC-R ₄₂ ; C _u Δί, to the descending flank of the UBL signal, yielding a second pilot signal UB2 form of a pulse (Figure 3).

Semnalele de pilotare Ubl și Ub2 sunt aplicate, simultan, circuitului logic de STARTSTOP CLS/S direct și circuitului de comandă pe poartă CCPGTO, prin intermediul unor amplificatoare Darlington T₁₆ - T₁₇ respectivThe Ubl and Ub2 control signals are applied simultaneously to the STARTSTOP CLS / S logic circuit directly and to the CCPGTO gate control circuit, using Darlington T ₁₆ - T ₁₇ amplifiers respectively.

Ti4-T₁₅.Ti4-T ₁₅ .

Prin intermediul unor circuite poartă Sl-NU P4, P5 de tip MMC 4093, se realizează sincronizarea momentului de pornire, cu flancul crescător al semnalului de pilotare Ubl și respectiv a momentului de oprire a chooperului cu flancul descrescător al impulsului de pilotare Ub2, indiferent de momentul aleatoriu al acționării unui buton de pornit/oprit Bl. Acest lucru se poate urmări în punctul de test b3, unde se poate vizualiza tensiunea anodică, pentru diodele unor optocuploare Al, A2 din CCPGTO.By means of circuits Sl-NU P4, P5 of type MMC 4093, the starting moment is synchronized, with the rising flank of the Ubl pilot signal and respectively the stop moment of the chopper with the decreasing flank of the Ub2 pilot impulse, regardless of the random moment of actuation of an on / off button Bl. This can be followed at the test point b3, where the anodic voltage can be visualized, for the diodes of some optocouplers Al, A2 from CCPGTO.

Impulsul de aprindere pe poartă este transmis de sursa de alimentare a CCPGTO, printr-un condensator de poartă C_G și rezistența R12 în momentul saturării unui tranzistor de putere T3. Acest lucru se realizează prin transmiterea semnalului Ubl, via etaj amplificator Darlington T16-T17, un optocuplor Al, un etaj amplificator TI și T2.The ignition pulse on the gate is transmitted by the power supply of the CCPGTO, through a gate capacitor C _G and the resistance R12 when saturating a power transistor T3. This is achieved by transmitting the Ubl signal via the Darlington T16-T17 amplifier floor, an Al optocoupler, a TI and T2 amplifier floor.

După intervalul Δί, care asigură blocarea lui T3, la optocuplorul A2 se aplică semnalul de pilotare la stingere Ub2, amplificat prin amplificator Darlington, având ieșirea conectată în catodul diodei unui alt optocuplor A2. Tranzistorul optocuplorului în montaj Darlington, cu un tranzistor T4, transmite comanda de deschidere a unui tiristor auxiliar, de stingere T18, folosind tensiunea anodică a acestuia (de fapt — U_co). Aprinderea lui T18 determină descărcarea condensatorului de poartă, încărcat ca în fig.2, peste joncțiunea GK a tiristorului GTO, aceasta determinând extragerea curentului de stingere din poarta tiristorului GTO. In momentul în care curentul prin tiristorul T18 scade sub valoarea sa de menținere, tiristorul se stinge, circuitul de comandă fiind pregătit pentru o nouă aprindere.After the interval Δί, which ensures the blocking of T3, at the optocoupler A2, the pilot signal to the extinction switch Ub2, amplified by the Darlington amplifier, having the output connected to the cathode of the diode of another optocoupler A2 is applied. The Darlington mount optocoupler transistor, with a T4 transistor, transmits the command to open an auxiliary thyristor, extinguishing T18, using its anodic voltage (in fact - U _co ). The ignition of T18 causes the discharge of the gate capacitor, charged as in Fig. 2, over the GK junction of the GTO thyristor, which causes the extinguishing current to be extracted from the GTO thyristor gate. When the current through the T18 thyristor drops below its holding value, the thyristor goes out, the control circuit being ready for a new ignition.

Procesul descris se repetă cu frecvența de lucru, stabilită prin generatorul de semnal dreptunghiular U,_N, iar factorul de umplere al formei de undă choppate se poate stabili cu ajutorul potențiometrului P.The process described is repeated with the working frequency, determined by the rectangular signal generator U, _N , and the filling factor of the choppy waveform can be determined using the potentiometer P.

Invenția prezintă următoarele avantaje:The invention has the following advantages:

- permite comanda tiristorului GTO cu un factor de umplere, reglabil, teoretic maximum (0+100%), practic limitat doar de cerințele de siguranță în funcționarea componentei de putere (pentru f = 500 Hz tiristor GTO tip THGD 516C 25:0,05 + 0,95);- allows the control of the thyristor GTO with a filling factor, adjustable, theoretically maximum (0 + 100%), practically limited only by the safety requirements in the operation of the power component (for f = 500 Hz thyristor GTO type THGD 516C 25: 0.05 + 0.95);

- se elimină sursa de tensiune suplimentară, izolată galvanic, necesară pentru comanda tiristoarului de stingere, din circuitul de comandă (T18, în fig.2).- the additional voltage source, galvanically isolated, necessary for the control of the extinguishing thyristor, is eliminated from the control circuit (T18, in fig.2).

Claims

1. High power GTO gate thyristor control device, characterized in that it consists of a pilot signal formation circuit (CFSP), which starts from an adjustable frequency rectangular signal, generates a pilot signal for ignition (U _M ), with variable filling factor and one pilot signal for extinguishing (U _b2 ), a logic circuit of START /

STOP (CLS / S) which receives the two pilot signals and synchronizes the start time (GTO ignition), with the rising flank of the ignition pilot signal (U _bl ) and respectively the 5 stop moment (GTO extinction) with the flank decrease of the drive pulse for extinguishing (U _b2 ), regardless of the random moment of the on / off button (B,), and a gate control circuit (CCPGTO) for a thyristor GTO, which receives the two signals of pilot (U _bl , U _b2 ), through two optocouplers (A „A ₂ ) conditioned by the validation signal generated by the logic circuit START / STOP 15 (CLS / S), and generates the control signals for the GTO thyristor.

Device according to claim 1, having the gate control circuit (CCPGTO) consisting of a priming transistor (T ₃ ), an extinguishing thyristor (T ₁₈ ) and a gate capacitor (C _G ), characterized in that which is provided with a DC voltage source, with galvanic separation, which provides the circuit's supply current and the starter current and two optocouplers (A ,, A ₂ ) whose phototransistors are connected in Darlington mount, for the control of the starter transistor ( T ₃ ) and the extinguishing thyristor (T18) respectively, using its anodic voltage.