Способ распределения тока в группе параллельно включенных вентилей статического преобразователя

Способ распределения тока в группе параллельно включенных вентилей статического преобразователя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для выравнивания температур полупроводниковых структур параллельно работающих вентилей в преобразователях частоты с непосредственно связью. Целью изобретения является повышение надежности преобразователя путем уменьшения максимальных температур полупроводниковых структур вентилей при их выравнивании в случае работы преобразователя в режиме непосредственного преобразования переменного тока частоты сети. В данном способе число пауз на периоде низкой частоты выходного напряжения преобразователя принимают равным двум, совмещая их с началом и концом периода этого напряжения, а их длительности устанавливают пропорциональными интегралу вентиля от среднеарифметического значения мощностей потерь всех вентилей. 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) SU (Ill (50 4 Н 02 М 1/084

3ЖОЮЗЫ

ЫЕ3П!3 1iк:,%1И, Г .з : « 3:: . (А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4393383/24-07 (22) 17.03.88 (46) 15. 11.89. Бюл. Р 42 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) И. Е. Гольдштейн, IO. Н. Ольман, А. Е. Рефес и П. 11. Сенигов (53) 621.316.727(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1317586, кл. Н 02 М 1/08, 198?.

Авторское свидетельство СССР

Р 1467691, кл. Н 02 И 1/08, 28.01.88. (54) СПОСОБ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКА В ГРУППЕ ПАРАЛЛЕЛЬНО ВКЛ10ЧЕНН11Х ВЕНТИЛЕЙ

СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для выравнивания температур полупроводни(Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для выравнивания температур полупроводниковых структур параллельно работающих вентилей в преобразователях частоты с непосредственной связью, осуществляющих преобразование тока промышленной частоты в ток более низкой частоты.

Цель изобретения — повышение надежности преобразователя путем уменьшения максимальных температур полупроводниковых структур вентилей при их выравнивании в случае работы преобразователя в режиме непосредственного преобразования переменного тока частоты сети, питающей преобразователь, в переменный ток более низкой частоты.

2 ковых структур параллельно работающих вентилей в преобразователях частоты с непосредственной связью. Целью изобретения является повышение . надежности преобразователя путем уменьшения максимальных температур полупроводниковых структур вентилей при их выравнивании в случае работы преобразователя в режиме непосредственного преобра" эования переменного тока частоты сети. В данном способе число пауз на периоде низкой частоты выходного напряжения преобразователя принимают равным двум, совмещая их с началом и концом периода этого напряжения, а их длительности устанавливают пропорциональными интегралу вентиля от среднеарифметического значения мощностей потерь всех вентилей. 10 ил.

На фиг. 1 приведена блок-схема, реализующая предложенный способ ðàñпределения тока в группе из трех параллельно включенных вентилей статического преобразователя, работающего в режиме непосредственного преобразования переменного тока частоты сети, питающей преобразователь, в переменный ток более низкой частоты, на фиг. 2 — 10 - временные расчетные диаграммы (в течение половины периода изменения переменного тока низкой частоты) токов вентилей и мгновенных температур их полупроводниковых структур в кваэиустановившемся режиме при естественном распределении тока между вентилями (фиг. 2 — 4), при распределении тока по известному лей 18 — 20 и сумматора 21. На выходе сумматора 21 появляется сигнал, пропорциональный разности между средней мощностью потерь вентиля 3 от среднеарифметического значения средних мощностей потерь вентилей 1 — 3.

С помощью интегратора 26 этот разностный сигнал непрерывно интегрируется, появляющийся в результате этого сигнал в компараторе 27 сравнивается с синусоидальным напряжением, формируемым генератором 1/. При превьпнении последнего над первым на выходе компаратора 27 формируется сигнал, удерживающий ключ 7 в открытом состоянии, что позволяет импульсам управления из источника 4 беспрепятствен-. но поступать к вентилю 3, создавая предпосылки к его отпиранию, В противном случае ключ 7 заперт, и импульсы управления к вентилю 3 не поступают. ность регулирования длительности пропускания вентилем 3 импульсов тока частоты сети, питающей преобразователь, а значит, и средней мощности потерь в нем, т.е. регулирования средней мощности вентилей 1 — 3 по отклонению этих мощностей от их среднеарифметического значения. В результате работы блок-схемы устанавливается режим динамического равновесия, при котором наименее нагруженный вентиль пропускает импульсы тока на всем интервале работы группы вентилей 1 — 3, а два других — на меньших по длительности интервалах,. причем таких, при которых обеспечивается равенство средних мощностей потерь вентилей.

Так как в компараторе 27 осуществляет« ся сравнение относительно медленно изменяющегося сигнала, поступающего

- выхода интегратора 26, и синусбидального напряжения низкой частоты, то регулирование мощностей потерь вентилей реализуется за счет не включения наиболее нагруженных вентилей только на этапе нарастания и спада тока .низкой частоты. Это не приводит к увеличению значения максимальной температуры полупроводниковой структуры вентилей, pо которой структура нагревается обычно вблизи середины интервала протекания тока низкой частоты, и поэтому предлагаемый способ имеет преимущество перед известным..3 1522362 пособу (фиг. 5 — 7) и при распредеении тока по предлагаемому способу фиг. 8 — 10).

Блок-схема содержит группу паралельных включений управляемых венти5 ей 1 — 3, источник 4 импульсов управления, следующих с частотой сети, питающей преобразователь, выход которого через управляемые ключи 5 — 7 подf0 чены соответственно к управляющим ходам вентилей 1 — 3. Устройство содержит также: датчики 8 — 10 напряения, датчики ll — 13 тока соответ ственно вентилей 1 — 3; блоки 14—

16 перемножения, первые входы которых подключены соответственно к выходам датчиков 8 — 10 напряжения, а вторые — к выходам датчиков 11 — 13 тока; генератор 17 синусоидального напряжения, частота и фаза которого совпадают с частотой и фазой формируемого преобразователем тока низкой частоты, выход которого подключен к третьим входам формирователей 18—

20 сигналов управления, выходы которых подключены к управляющим входам соответственно ключей 5 — 7; сумматор

21, входы которого через фильтры 2224 низкой частоты подключены соответственно к выходам блоков 14 — 16 переключения, а выход подключен к вторым входам формирователей 18 — 20, первые входы последних подключены к выходам соответственно фильтров 22—

24. Каждый из формирователей, напри35 мер 20, содержит сумматор 25, прямой и инвертирующие входы которого являются одновременно первым и вторым вхо дами формирователей 20, а выход че,рез интегратор 26 подключен к первому . входу компаратора 27, выход и второй ,вход которого являются одновременно выходом и третьим входом формирователя 20.

Блок-схема работает следующим об разом.

На выходе датчьпсов 8 — 10 напря жения и датчиков 11 — 13 тока формируются сигналы, пропорциональные напряжению и току соответственно вен-. тилей l — 3, В блоках 14 — 16 перемножения они перемножаются, из появляющихся в результате этого сигналов в фильтрах 22 — 24 выделяются постоянные составляющие, которые пропорциональны среднему значению мощностей потерь вентилей 1 — 3. Последние поступают на первые входы формироватеТем самым обеспечквается возмож5 15223

Для количественной оценки эффекта, получаемого в результате применения предлагаемого способа, на математической модели проанализированы режимы работы группы вентилей 1 — 3 при ес5 тественном распределении тока, при реализации известного и предлагаемого способов. При анализе в качестве вентилей использовались тиристоры таблеточной конструкции типа Т253

1000 с типовым охладителем типа ОА033 при естественном охлаждении. Амплитуды огибающих низкой частоты (0,5 Гц) импульсов тока вентилей 1

3 промышленной частоты (50 Гц) были приняты соответственно 1800, 1440, 1290А. Моделировался квазиустановившийся электромагнитный и тепловой режимы работы вентилей. 20

На фиг. 2 — 10 кривые 28, 34, 40импульсы тока вентиля 1, кривые 30, 36 и 42 — вентиля 2, кривые 32, 38 и

44 — вентиля 3; кривые 29, 35 и 41 мгновенная температура перегрева по- 25 лупроводниковой структуры вентиля 1, кривые 31, 37 и 43 — вентиля 2, кри= вые 33, 39 и 45 — вентиля 3.

Анализ кривых на фиг. 2 — 10 поэ- 30 воляе т сдела ть следующие выводы.

Применение известного способа позволяет при выравнивании температур снизить температуру структуры наиболее нагретого тиристора с 92,5 (кри- 3 вая 29) до 85,9 С (кривая 35). Большего достичь нельзя, так как из-за не включения вентиля 2 в момент времени 0,5 с (кривая 36) существенно возросла амплитуда тока вентиля (кривая 34), что в свою очередь привело к резкому увеличению амплитуды температуры промышленной частоты, а значит, и ее суммарного значения.

Применение пРедлагаемого способа 45 позволяет снизить температуру структуры наиболее нагретого тиристора до

78,5 С, так как на интервале 0,2—

0,8 с в зоне больших амплитуд токов вентилей все они работают, что не приводит к значительным колебаниям

62 6 мгновенной температуры. Таким образом, по сравнению с известным снижается температура структуры наиболее нагретого вентиля на 7,4 С. При этом укаэанный эффект будет возрастать с повьппением интенсивности охлаждени; вентилей, например при переходе от естественного (настоящий пример) к принудительному воздушному либо водяному охлаждению, Применение предлагаемого способа в итоге приводит к увеличению срока службы преобразователя либо позволяет уменьшить необходимое число параллельно включенных вентилей в нем.

Ф о р м у л а изобретения

Способ распределения тока в группе параллельно включенных вентилей статического преобразователя, заключающийся в том, что измеряют средние эа заданный период мощности потерь всех вентилей, осуществляют подачу импульсов управления на каждый вентиль на каждом заданном периоде сериями, разделенными паузами, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения максимальных температур полупроводниковых структур вентилей при их выравнивании в случае работы преобразователя в режиме непосредственного преобразования переменного тока частоты сети, питающей преобразователь, в переменный ток более низкой частоты, в качестве заданного принимают период, соответствующий низкой частоте выходного напряжения преобразователя, число пауз на каждом периоде принимают равным двум, начало первой паузы и конец второй совмещают соответственно с началом и концом интервала протекания через группу вентилей серии импульсов тока частоты сети, длительности же пауз устанавливают пропорциональными интегралу отклонения средней мощности потерь этого вентиля от среднеарифметического значения средних мощностей потерь всех вентилей.! 522362

0,3 04 05 06 07 08 09 f0 С

Фиг.2

15223б2

70 ф0

О 01 02 05 04 05 06 07 08 ЯУ 10 С

Фыг. E

Ос l0 о

Фд

50 о

80 б

01 02 05 О,ф 05 Ц 07 08 ЦУ 10 С

Фиг. 5

01 OZ g 5 ОЕ У Об 07 0,8 0 10 г

Фиг. Ф

07 Ос

05 04 0,50,,б 07 g8 РУ 1

15223б2 С

70

0f 02 ОЗ 09 05 Об 07 08 09 10 с

9lL2 7

70

0,3 0Ф 05 05 07 08 09 10 с

Фаг. 8

Р 9 0 0 Ц5 07 08 0,!1 10

Фиг.9

02 03 0Р 05 06 07 08

Уюг.6

Составитель В. Гордеев

Техред N.Äèäûê Корректор Т,Иалец

09 /0 C

Редактор N. Келемеш

Заказ 6977/54

Тираж 648

Подтисное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1О1