RU2107379C1

RU2107379C1 - Thyristor dc voltage regulator

Info

Publication number: RU2107379C1
Application number: RU96108745A
Authority: RU
Inventors: Ю.П. Жирков
Original assignee: Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 1998-03-20

Abstract

FIELD: converter engineering; regulated DC voltage supply to resistive and inductive loads. SUBSTANCE: series circuit is set up of first isolating thyristor, choke coil, switching capacitor, and second isolating thyristor; it is connected in parallel with DC voltage supply; connected in parallel with choke coil and switching capacitor is trickle-charging thyristor. Series circuit set up of first isolating thyristor, choke coil, and switching capacitor is connected in parallel with the main thyristor. EFFECT: improved reliability of regulator due to eliminating charge current through its main thyristor without using additional trickle-charge current source for switching capacitor and provision for turning off main thyristor when it is thrown on short-circuited load. 2 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для питания активно-индуктивной нагрузки регулируемым постоянным напряжением. The invention relates to a conversion technique and is intended to supply an active-inductive load with adjustable constant voltage.

Изобретение позволяет эффективнее использовать тиристоры в схемах преобразователей постоянного напряжения, где применение других полупроводниковых приборов (например, транзисторов) затруднено по техническим или экономическим причинам. The invention allows more efficient use of thyristors in DC-DC converters, where the use of other semiconductor devices (for example, transistors) is difficult for technical or economic reasons.

В качестве аналогов выбираем схему [1], предназначенную для коммутации группы управляемых вентилей, и схему [2] нереверсивного тиристорного широтно-импульсного преобразователя (ШИП) постоянного напряжения. As analogues, we select the circuit [1], intended for switching a group of controlled gates, and the circuit [2] of a non-reversible thyristor pulse-width converter (SHIP) of a constant voltage.

Схема содержит цепочку из последовательно соединенных коммутирующего конденсатора и двух управляемых ключей (один из них полностью управляемый) для подключения к положительному и отрицательному полюсам основного силового токоведущего контура. Коммутирующий конденсатор подключен с одной стороны к источнику подзаряда и через диоды к вторичной обмотке дросселя (первичная обмотка упомянутого дросселя включена непосредственно в силовой токоведущий контур), с другой стороны через вспомогательные управляемые вентили (тиристоры) к главным тиристорам. The circuit contains a chain of series-connected switching capacitor and two controlled keys (one of them is fully controllable) for connecting to the positive and negative poles of the main power current-carrying circuit. A switching capacitor is connected on one side to the source of charge and through diodes to the secondary winding of the inductor (the primary winding of the said inductor is connected directly to the power current-carrying circuit), on the other hand, through auxiliary controlled valves (thyristors) to the main thyristors.

К недостаткам вышеупомянутой схемы относится использование полностью управляемого ключа, который после отключения главного тиристора вынужден отключать ток нагрузки, что ведет к возникновению перенапряжения на дросселе и, как следствие, необходимости дополнительных схемных решений для снятия этих перенапряжений. Кроме того, источник подзаряда коммутирующего конденсатора вынужден заряжать (причем заряд апериодический) практически разряженный коммутирующий конденсатор, что ведет к значительному снижению КПД всей установки. The disadvantages of the aforementioned circuit include the use of a fully controlled key, which, after turning off the main thyristor, is forced to disconnect the load current, which leads to an overvoltage on the inductor and, as a result, the need for additional circuit solutions to remove these overvoltages. In addition, the commutation capacitor recharge source is forced to charge (and the aperiodic charge) a practically discharged commutation capacitor, which leads to a significant decrease in the efficiency of the entire installation.

Схема-прототип [2] содержит главный тиристор, шунтированный обратным диодом, параллельно которому подсоединена цепочка из тиристора, дросселя и коммутирующего конденсатора, причем тиристор цепочки образует с другим дополнительным тиристором последовательную цепочку, подключенную параллельно источнику постоянного напряжения. The prototype circuit [2] contains a main thyristor shunted by a reverse diode, in parallel with which a chain of thyristor, inductor and commutation capacitor is connected, and the thyristor of the chain forms a series circuit with another additional thyristor connected in parallel with a constant voltage source.

Недостатком схемы является прохождение импульсного зарядного тока коммутирующего конденсатора через главный тиристор, что снижает его надежность или предъявляет дополнительные требования к нему. Кроме того, невозможно отключить главный тиристор при его включении на короткое замыкание в нагрузке. The disadvantage of the circuit is the passage of the pulse charging current of the switching capacitor through the main thyristor, which reduces its reliability or imposes additional requirements on it. In addition, it is impossible to turn off the main thyristor when it is turned on for a short circuit in the load.

Целью изобретения является повышение надежности регулятора за счет исключения зарядного тока через главный тиристор регулятора без использования дополнительного источника подзаряда коммутирующего конденсатора и обеспечения отключения главного тиристора при его включении на короткое замыкание в нагрузке. The aim of the invention is to increase the reliability of the regulator by eliminating the charging current through the main thyristor of the regulator without using an additional charging source of the switching capacitor and ensuring that the main thyristor is turned off when it is turned on for a short circuit in the load.

Указанная цель достигается за счет образования последовательной цепочки из первого разделительного тиристора, дросселя, коммутирующего конденсатора и второго разделительного тиристора, подсоединенной параллельно источнику постоянного напряжения, при этом параллельно дросселю и коммутирующему конденсатору подключен тиристор перезаряда. Последовательная цепочка из первого разделительного тиристора, дросселя и коммутирующего конденсатора подключена параллельно главному тиристору. This goal is achieved due to the formation of a series circuit from the first isolation thyristor, inductor, switching capacitor and second isolation thyristor connected in parallel with a constant voltage source, while a recharging thyristor is connected in parallel with the inductor and switching capacitor. A series circuit of the first isolation thyristor, inductor and commutation capacitor is connected in parallel with the main thyristor.

Применение изобретения позволит получить следующие преимущества: исключение прохождения импульсного тока заряда коммутирующего конденсатора через главный тиристор, возможность отключения главного тиристора при его включении на к.з. в нагрузке, снижение коммутационных потерь за счет колебательного характера процесса перезарядка коммутирующего конденсатора, отсутствие специального (дополнительного) источника заряда коммутирующего конденсатора, отсутствие накопления энергии в коммутирующем конденсаторе, компенсация потерь в контуре коммутации осуществляется источником постоянного напряжения. The application of the invention will allow to obtain the following advantages: the exception of the passage of the pulse current of the charge of the switching capacitor through the main thyristor, the ability to turn off the main thyristor when it is turned on short-circuit in the load, reduction of switching losses due to the oscillatory nature of the process, recharging of the switching capacitor, absence of a special (additional) source of charge of the switching capacitor, lack of energy storage in the switching capacitor, compensation of losses in the switching circuit is carried out by a constant voltage source.

На фиг. 1 представлена схема тиристорного регулятора постоянного напряжения; на фиг. 2 представлен вариант управления группой тиристорных регуляторов. In FIG. 1 shows a diagram of a thyristor DC voltage regulator; in FIG. 2 presents a variant of controlling a group of thyristor regulators.

Основной токоведущий контур регулятора образуется от плюса источника постоянного напряжения к аноду главного тиристора 1, который шунтирован обратным диодом 2, через нагрузку 3, шунтированную обратным диодом, к минусу источника постоянного напряжения. Параллельно источнику постоянного напряжения подключена коммутирующая цепочка, состоящая из последовательно соединенных разделительного тиристора 4, присоединенного анодом к плюсу источника постоянного напряжения, дросселя 5, коммутирующего конденсатора 6 и другого разделительного тиристора 7, присоединенного катодом к минусу источника постоянного напряжения. Параллельно дросселю 5 и коммутирующему конденсатору 6 подключен тиристор перезаряда 8, анодом соединенный с катодом разделительного тиристора 4. Последовательная цепочка из разделительного тиристора 4, дросселя 5 и коммутирующего конденсатора 6 подключена параллельно главному тиристору 1. The main current-carrying loop of the controller is formed from the plus of the DC voltage source to the anode of the main thyristor 1, which is shunted by the reverse diode 2, through the load 3, shunted by the reverse diode, to the minus of the constant voltage source. Parallel to the DC voltage source, a switching circuit is connected, consisting of a series-connected separation thyristor 4 connected by an anode to the plus of the DC voltage source, a choke 5, a switching capacitor 6 and another isolation thyristor 7 connected by the cathode to the minus of the constant voltage source. In parallel to the inductor 5 and the switching capacitor 6, a recharge thyristor 8 is connected, an anode connected to the cathode of the separation thyristor 4. A series circuit of the separation thyristor 4, inductor 5 and switching capacitor 6 is connected in parallel with the main thyristor 1.

На фиг. 2 подключение последовательной цепочки 4-5-6 к главным тиристорам осуществляется через тиристоры, число которых соответствует числу главных тиристоров. In FIG. 2, a series circuit 4-5-6 is connected to the main thyristors through thyristors, the number of which corresponds to the number of main thyristors.

Принцип работы схемы заключается в следующем. Начальное напряжение (показано на фиг. 1 знаками плюс и минус без скобок) на коммутирующем конденсаторе 6 формируется в момент включения разделительных тиристоров 4 и 7 и определяется величиной напряжения источника постоянного напряжения. После этого включается тиристор перезаряда 8. Происходит колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора 6 в контуре перезаряда: 6-5-8-6. По окончании процесса перезаряда коммутирующего конденсатора 6 тиристор перезаряда 8 закрывается. Открывается разделительный тиристор 4. Происходит колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора 6 в контуре: 6-1(2)-4-5-6 до полярности, указанной без скобок. В процессе перезаряда коммутирующего конденсатора 6 происходит отключение главного тиристора 1. Как только напряжение на коммутирующем конденсаторе 6 превысит напряжение источника постоянного напряжения, разделительный тиристор 4 закрывается и процесс коммутации заканчивается. Таким образом, начальное напряжение на коммутирующем конденсаторе 6 восстанавливается за счет источника постоянного напряжения, а для ускорения восстановления начального напряжения на коммутирующем конденсаторе можно после отключения главного тиристора 1 включить разделительный тиристор 7. The principle of operation of the circuit is as follows. The initial voltage (shown in Fig. 1 by plus and minus signs without brackets) on the switching capacitor 6 is formed at the moment of switching on of the thyristors 4 and 7 and is determined by the voltage of the DC voltage source. After that, the recharge thyristor 8 is turned on. An oscillatory recharge of the switching capacitor 6 takes place in the overcharge circuit: 6-5-8-6. At the end of the process of recharging the switching capacitor 6, the thyristor recharge 8 is closed. The isolation thyristor 4 opens. An oscillatory recharge of the switching capacitor 6 takes place in the circuit: 6-1 (2) -4-5-6 to the polarity indicated without brackets. In the process of recharging the switching capacitor 6, the main thyristor 1 is turned off. As soon as the voltage on the switching capacitor 6 exceeds the voltage of the constant voltage source, the isolation thyristor 4 closes and the switching process ends. Thus, the initial voltage at the switching capacitor 6 is restored due to the constant voltage source, and to accelerate the restoration of the initial voltage at the switching capacitor, you can turn on the separation thyristor 7 after turning off the main thyristor 1.

После окончания процесса коммутации включается тиристор перезаряда 8, напряжение на коммутирующем конденсаторе 6 устанавливается со знаками, показанными на фиг. 1 в скобках. After the end of the switching process, the overcharge thyristor 8 is turned on, the voltage at the switching capacitor 6 is set with the signs shown in FIG. 1 in parentheses.

Claims

A thyristor DC voltage regulator comprising a main thyristor shunted by a reverse diode connected between the first terminal of the voltage source and the load connected by a free terminal to the second terminal of the voltage source, a chain of serially connected first isolation thyristor, a choke and a switching capacitor connected in parallel with the main thyristor, and a second isolation thyristor, characterized in that a recharge thyristor is inserted into it, the second isolation thyristor being included is connected between the common point of the main thyristor and the load and the second terminal of the voltage source, and the recharge thyristor is connected in parallel to the circuit from the inductor and the switching capacitor, while all the thyristors are turned on according to the voltage of the power source.