RU1771048C - Устройство дл управлени запираемым тиристором - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : расширение диапазона рабочей частоты, повышение предельного тока, повышение надежности работы , уменьшение массы, габаритов и мощности потерь достигаетс  путем полного включени  структуры запираемого гиристо- ра, в том числе и при малых токах нагрузки, а также двухступенчатого выключени , при котором запирарание тиристора производитс  при отсутствии пр мого напр жени  на нем благодар  тому, что вторична  обмотка трансформатора управлени  подключена через включенный согласно первый диод к цепи анод-катод тиристора и через встречно включенный диод, -шунтированный сопротивлением, к цепи катод управл ющий электрод тиристора. 5 ил.

Description

Предложение относитс  к области электроники и конкретно к устройствам управлени  запираемыми тиристорами (ЗТ).

Известно устройство управлени  ЗТ, содержащие: первый полевой транзистор, включенный между анодом и электродом управлени  ЗТ; второй полевой транзистор, включенный в силовую цепь последовательно с ЗТ, цепь из последовательно соединенных диодов, включенных между электродом управлени  ЗТ, затвором и свободным электродом полевого транзистора, цепь ограничени  напр жени  на ЗТ. Затворы первого и второго полевых транзисторов соединены с источником управл ющих сигналов 1. Недостатком таких устройств  вл ютс : существенное ограничение рабочих токов и напр жени  ЗТ, св занное с наличием первого полевого транзистора в силовой цепи ЗТ и второго полевого транзистора в цепи управлени , имеющих предельные значени  токов и напр жений значительно меньшие , чем у ЗТ. Кроме того, необходима больша  емкость конденсатора в узле ограничени  напр жени , величина коророй определ етс  высокой скоростью прерывани  тока при выключении ЗТ (до 2-103 А /мкс). Наличие большой емкости orpai-ичивает максимальную частоту ЗТ. увеличивает массу и габариты, повышает мощность потерь. Значительные потери мощности в ЗТ при его выключении ограничивают частоту и предельный ток ЗТ, кумул ци  тока ЗТ в процессе выключени  по цепи управлени  снижает надежность работы.

Известно также устройство управлени  ЗТ, содержащее трансформатор, первый и второй выпр мители на диодах, первый и второй электрические фильтры, элементы подачи отпирающих импульсов такие как первый бипол рный и первый пол езди транзисторы , резисторы и стабилитроны, элементы подачи запирающих импульсов такие как второй бипол рный и второй полевой транзисторы и дополнительные резисторы , цепь ограничени  напр жени  на ЗТ и источник управл ющих сигналов 2. Выходы всех транзисторов подключены к электСП

с

VJ VI

О 00

роду управлени  ЗТ, средн   точка вторичной обмотки трансформатора подключена к катоду ЗТ, а входы транзисторов соединены с источником управл ющих сигналов. Достоинством таких устройств  вл ютс  расширение диапазона рабочих токов и напр жений в св зи с отсутствием в силовой цепи и цепи управлени  полевых транзисторов .

К недостаткам устройства относ тс : больша  скорость прерывани  хока при выключении ЗТ, что приводит к необходимости иметь большую емкость в цепи ограничени  напр жени , а следовательно приводит к ограничению рабочей частоты ЗТ, увеличению массы, габаритов и мощности потерь устройства, кроме того, вследст- ЁИИ кумул ции тока при выключении ЗТ по цепи управлени , снижаетс  предельный ток ЗТ и уменьшаетс  надежность работы. Следует иметь также в виде, что в цепи ограничени  напр жени  необходимо примен ть сп-ециальные безындуктивные конденсаторы и использовать монтаж, удовлетвор ющий специальным требовани м минимизации распределенных индуктивно- стей. Это повышает стоимость устройства.

Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона рабочей частоты, повышение предельного тока, увеличение надежности работы, уменьшение массы, габаритов и мощности потерь.

Расширение диапазона рабочей частоты , уменьшение массы, габаритов и мощности потерь достигаетс  за счет уменьшени  требуемой емкости конденсатора цепи ограничени  напр жени ; повышение предельного тока ЗТ достигаетс  за счет исключени  потерь в нем при выключении, увеличение надежности работы достигаетс  благодар  отсутствию при выключении ЗТ напр жени  на нем и кумул ции тока. Кроме того, в цепи ограничени  напр жение не требуютс  специальные безындуктивные конденсаторы и нет специальных требований к монтажным соединени м в устройстве в части минимизации распределенных ин- дуктивностей. Это уменьшает стоимость устройства .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройстве управлени  запираемым тиристором , содержащем трансформатор, начало вторичной обмотки которого соединено с анодом первого диода и с катодом второго диода, элементы подачи отпирающих импульсов , источник управл ющих сигналов и цепь ограничени  напр жени , катод первого диода предназначен дл  подключени  к аноду запираемого тиристора, анод второго диода предназначен дл  подключени  к

электроду управлени  запираемым тиристором , конец вторичной обмотки трансформатора предназначен дл  подключени  к катоду запираемого тиристора, а первична 

обмотка соединена с источником управл ющих сигналов, выполненным в виде формировател  двупол рных сигналов.

Также тем, что параллельно второму диоду включен резистор, относ щийс  к

элементам подачи отпирающих импульсов. Также тем, что полупроводниковые структуры ЗТ и первого диода конструктивно св заны, имеют общую ось симметрии и помещены в общий корпус с трансформатором , который выполнен на двух или большемчислемагнитопроводов , расположенных вокруг указанных полупроводниковых структур, каждый магчитопро- вод охватываетс  витками вторичной

обмотки трансформатора и витками первичной обмотки в количестве, равной общему числу витков первичной обмотки,деленному на количество магнитопроводов, витки вторичной обмотки соединены параллельно, а

витки первичной обмотки последовательно, при чем площади сечений, охватываемых каждым витком вторичной обмотки, равны между собой и минимальны по услови м монтажа.

Также тем, что полупроводниковые структуры ЗТ и первого диода конструктивно св заны с трансформатором, имеют общую ось симметрии с его магнитопроводом и помещены в один корпус.

Нафиг.1 показана электрическа  схема

устройства управлени  запираемым тиристором .

На фиг.2 показаны токи и напр жени  Р схеме устройства.

На фиг.З показаны токи и напр жени  при запирании ЗТ.

На фиг.4 показана конструкци  устройства , объединенна  с ЗТ и имеюща  трансформатор с шестью магнитопроводами.

На фиг.5 показана конструкци  устройства , объединенна  с ЗТ и имеюща  трансформатор с одним магнитопроводом.

Схема устройства управлени  запираемым тиристором ЗТ1, показанна  на фиг.1.

содержит ЗТ1, анод которого соединен с началом 2 вторичной обмотки 3 трансформатора 4 через встречно включенный первый диод 5. Электрод управлени  ЗТ1 соединен с общей точкой б вторичной обмотки трансформатора 4 и диода 5 через включенный согласно второй диод 7 и дополнительный резистор 8. Параллельно диоду 7 включен резистор 9, а между электродом управлени  ЗТ1 и его катодом

включен симметричный стабилитрон 10. Конец вторичной обмотки 3 трансформатора 4 соединен с катодом ЗТ1. Первична  обмот- ка-11 трансформатора 4 соединена с источ- ником управл ющих сигналов 12. Параллельно ЗТ1 включен узел ограничени  напр жени , содержащий резистор 13 и конденсатор 14. Резистор 8 вводитс  в схему при необходимости защиты электрода управлени  ЗТ1 от протекани  избыточного тока. Стабилитрон 10 вводитс  при необходимости ограничени  напр жени  на электроде управлени  ЗТ1.

Устройство работает следующим образом:

В начале процесса ЗТ заперт, к аноду его приложено положительное по отношению к катоду напр жение силовой схемы. Дл  отпирани  ЗТ1 на обмотку 11 трансформатора 4 в момент ц подают импульс поло- жительного напр жени  до t2 длительностью пор дка 20+30 мкс (фиг.2). При этом напр жение Уз вторичной обмотки 3 трансформатора 4 вызывает протекание тока is от начала 2 через резисторы 8 и 9, электрод управлени  и катод ЗТ1 к концу обмотки 3. Импульсом тока з переводитс  ЗТ1 в отпертое состо ние. Избыток тока 1з замыкаетс  через диод 5 и цепь анод - катод ЗТ1. Через интервал времени пор дка 100 мкс, соответствующий рассасыванию остаточного зар да в диоде 5 на первичную обмотку 11 трансформатора 4 подаетс  импульс напр жени  обратной пол рности дл  перемагничивани  сердечника трансформатора . Чтобы избежать вли ни  на работу в провод щем состо нии ЗТ1, это напр жение выбираетс  малой величины, а длительность его приложени  выбрана такой , чтобы вольтсекундна  величина пото- косцеплени  была бы достаточной дл  перемагничивани  сердечника и подготовки устройства к работе в следующем такте. Вместо подачи размагничивающего импульса напр жени  можно соответственно увеличить сечение магнитопровода трансформатора . Дл  запирани  ЗТ1 в момент ts за 20-50 мкс перед тем, как ЗТ1 должен прервать ток подают импульс положительного напр жени  на обмотку 11 трансформатора 4. Поскольку ЗТ1 отперт, ток з вторичной обмотки трансформатора замыкаетс  по контуру: начало 2 обмотки 3, анод- катод диода 5, анод-катод ЗТ1, конец обмотки 3. Часть тока з через резисторы 8 и 9 ответвл етс  на электрод управлени  ЗТ1, снижа  пр мое падение напр жени  в нем. При протекании тока з происходит накопление неосновных носителей зар да в структуре диода 5. Затем в момент t4 производ т резкое изменение знака напр жени ,

приложенного к обмотке 11. При этом с момента ts начинает протекать ток в цепи - конец обмотки 3 трансформатора 4, катод- анод ЗТ1, катод-анод диода 5 (за счет обратного направлени  неосновных носителей в его структуре), начало 2 обмотки. Кроме того , часть тока обмотки 3 протекает от катода ЗТ1 через его электрод управлени , согласно направленный диод 7 и резистор 8 к

началу 2 обмотки 3. При этом происходит спадение до нул  анодного тока ЗТ1, а протекание обратного тока через электрод управлени  обеспечивает ускорение выключени  ЗТ1. При таком способе выключени  ЗТ1, величина выдел ющихс  коммутационных потерь снижаетс  практически до нул . Когда зар д неосновных носителей в диоде 5 экстрагируетс  протекающим обратным током, диод 5 восстанавливает вентильную прочность в обратном направлении и ток внешней цепи прерываетс  (момент te).

Фиг.З иллюстрирует процесс запирани  ЗТ1. В момент to подают импульс пр мого напр жени  на обмотку 11 трансформатора 4. Протекающий в контуре вторичной обмотки 3 ток з обеспечивает накопление неосновных носителей зар да в структуре диода 5 (фиг.1), При изменении в

момент ti знака напр жени ., подаваемого на обмотку 11, и перемене направлени  протекани  тока в цепи обмотки 3, анодный ток Н+1з ЗТ1 на интервале ti-ta спгдает до нул , а ток внешней цепи переводитс  на

диод 5 и  вл етс  дл  него обратным током. На интервале выключени  от ti до тз к ЗТ1 пр мое напр жение не прикладываетс . В момент ts обратный ток диода 5 прекращаетс  и к ЗТ1 прикладываетс  пр мое напр жение LH. При этом может быть допущена больша  крутизна фронта напр жени  (diy /dt), т.к. ЗТ1 выключен, потери мощности практически отсутствуют и к электроду управлени  ЗТ1 приложено обратное напр жение обмотки 3. Большое допустимое dlV /dt позвол ет значительно уменьшить требуемую величину емкости узла ограничени  напр жени . При этом значительно уменьшаетс  длительность переходного процесса

(Твыкл). расшир етс  диапазон рабочей час- тбты ЗТ, уменьшаетс  масса, габариты и мощность потерь в конденсаторе на рабочей частоте.

Показанный на фиг.4 вариант конструкции устройства, объединенной с ЗТ и имеющей трансформатор с шестью магнитопроводами. содержит:

1- структура ЗТ1.

2- структура первого диода.

3- изол ционна  теплопровод ща  прокладка,

4- анодный токоподвод устройства,

5- катодный токоподвод устройства,

6- корпус-изол тор устройства,

7- токоподвод к аноду ЗТ1,

8- токоподвод к аноду первого диода,

9- магнитопровод трансформатора и первична  обмотка,

10- токопровод щий стержень (элемент вторичной обмотки 3),

11- токопровод щий стержень, соедин ющий анодный токоподвод 4 с анодом ЗТ1,

12- структура второго диода и резисторы .

Остальные элементы устройства могут быть размещены как внутри, так и вне корпуса 6.

Показанный на фиг.5 вариант конструкции устройства, объединенной с ЗТ и имеющей трансформатор с одним магнитопроводом, содержит:

2 - структура ЗТ1,

2- структура первого диода,

3- токоподвод к аноду ЗТ1 и катоду первого диода,

4- магнитопровод трансформатора и первична  обмотка.

5- анодный токоподвод устройства,

6- катодный токоподвод устройства,

7- токопровод щий стержень (элемент вторичной обмотки 3),

8- изол ционна  теплопровод ща  прокладка,

9- токопровод щий стержень, соедин ющий анодный токоподвод 5 с токоподво- дом 3,

10- корпус-изол тор устройства. Остальные элементы устройства могут

быть размещены как внутри, так и вне корпуса 10.

Claims (4)

1. Формула изобретени  1, Устройство дл  -управлени  запираемым тиристором, содержащее трансформатор , начало вторичной обмотки которого соединено с анодом первого диода и с катодом второго диода, элемент подачи отпирающих импульсов, источник управлени  сигналов и цепь ограничени  напр жени , о т- личающеес  тем, что, с целью расширени  диапазона рабочей частоты, повышени  предельного тока, увеличени  надежности работы, уменьшени  массы, габаритов и мощности мотерь, катод первого диода предназначен дл  подключени  к

   аноду запираемого тиристора, анод второго диода предназначен дл  подключени  к электроду управлени  запираемым тиристором , конец вторичной обмотки трансформатора предназначен дл  подключени  к

   катоду запираемого тиристора, а первична  обмотка соединена с источником управл ющих сигналов, выполненным в виде формировател  двухпол рных сигналов.
2. 2.Устройство поп.1,отличающее- с   тем, что параллельно второму диоду

   включен резистор, относ щийс  к элементам подачи отпирающих импульсов.
3. 3.Устройство поп.1,отличающее- с   тем, что полупроводниковые структуры

   запираемого тиристора и первого диода конструктивно св заны, имеют общую ось симметрии и помещены в общий корпус с трансформатором, который выполнен на двух или большем числе магнитопроводов,

   расположенных вокруг указанных полупроводниковых структур, каждый магнитопровод охватываетс  витками вторичной обмотки трансформатора и витками первичной обмотки в количестве, равном общему

   числу витков первичной обмотки, деленному на количество магнитопроводов, витки вторичной обмотки соединены параллельно , а витки первичной обмотки- последовательно , причем площади сечений,

   охватываемых каждым витком вторичной обмотки, равны между собой и минимальны по услови м монтажа.
4. 4.Устройство поп.1,отличающее- с   тем, что полупроводниковые структуры

   запираемого тиристора и первого диода конструктивно св заны с трансформатором, имеют общую ось симметрии с магнитопроводом и помещены в один корпус.

   1771048

   иг. 3

   9

   | .,:-Ч Ј.;

   i i 1ч: | К

   I,1 . . I - -

   чин,1- ццд игитавагдггж ве /

   t,i. I

   --f i i

   -LflL - I 4:

   - .fr.U

   vf.

   1777777/ 7 f r -i/TT . 77ТГЛ Г-

   i i 1ч: | К

   I,1 . . I - -

   ж ве

   -LflL - I 4:

   - .fr.U

   vf.

   t,i. I

   --f i i

   vS

   ч .X 5

   У-О 0

   8W) L ill

   8 7

   5