Схема высоковольтного генератора

Я как любитель всяких импульсных и особенно высоковольтных устройств решил сделать высоковольтный генератор (идея вообще-то была сделать люстру Чижевского). Подошел я к этому весьма творчески. Т.е. как всегда чужую готовую схему повторять неинтересно — надо что-то сочинить свое. Сначала я правда перепробовал кучу схем. На транзисторах делал — мне что-то не понравилось, да и транзисторы грелись сильно. Сделал обычную схему на тиристорах — трансформатор сильно трещит (можно его конечно залить эпоксидкой, но возиться не хотелось). Частота низкая импульсы короткие. Да и напряжения высокого какого хотел (а хотелось по больше) я не получил. И я решил пойти другим путем — чтобы треск или свист не был слышен, я решил поднять частоту за пределы слышимости, т.е. килогерц 20-30 и при этом сделать генератор на тиристоре.

У меня для этого было несколько высокочастотных тиристоров ТЧ63. Мощная штука — частота до 33кГц, ток постоянный 63А, а импульсный ток килоампера полтора, т.е. для импульсных устройств подходит идеально.

Попробовал я сначала вот эту схему (с этим тиристором):

Но почему-то я не смог выжать с однопереходного транзистора больше 10 кГц, ну а свист — кому понравится. Хотя в принципе схема не плохая. Хотя недостаток был еще один — резистор R3 греется очень сильно, причем мне пришлось ставить два проволочных остеклованных по 7 Ватт каждый, и все равно нагрев чрезмерно большой. Меня это не устроило. Хотя на выходе получил достаточно большое напряжение — пробивало зазор в несколько миллиметров. К сожалению напряжение померить было нечем — проверял на глазок по ширине пробивного зазора. В разной литературе указывается по разному, но в большинстве принято считать для переменного напряжения примерно 1 мм на 1 кВ, а для постоянного 1 мм на 3 кВ. Хотя это зависит от частоты (для переменного тока) и от влажности и давления. У меня ширина пробоя оказалась миллиметров 10-12 для переменного тока (почему-то при попытке выпрямить или пропустить через умножитель напряжение падало настолько сильно, что зазор уменьшался почти до нуля). Меня все это совершенно не устроило. Вот тут я и ступил на путь создания «высоковольтного монстра».

Во-первых я собрал задающий генератор по стандартной, годами проверенной схеме. На двух транзисторах разной проводимости. Это позволило без труда сделать генератор коротких импульсов с частотой изменяемой в широких пределах от 1 кГц до 50-70 кГц. Трансформатор на ферритовом колечке диаметром 10-12 мм.

Затем порывшись в груде книг и учебников я выбрал другое включение конденсатора-тиристора-трансформатора (именно так кстати делается в электронных тиристорных схемах зажигания) ее преимущество в том, что этот вариант включения практически не боится короткого замыкания на выходе:

И самое главное вместо так непонравившегося мне греющегося резистора я поставил дроссель Др1 (кстати пусковой дроссель от лампы дневного света). Дроссели Др2 и Др3 в принципе защитные (по 16 витков на феррите), но можно их наверное не ставить (хотя Др3 — влияет на резонанс).

Когда я все это включил, то начал с минимальной частоты и напряжения питания вольт 30-50. Сначала я услышал писк и на выходе пробивало зазор в пару миллиметров. Затем я стал повышать частоту и при приближении к 18-20 кГц писк не стал слышен. А вот дальше произошло самое интересное. В какой-то момент система попала в резонанс. Я услышал мощное шипение, и между выходными проводами образовалась дуга длиной миллиметров в 45, причем это было не просто потрескивание с синей искрой — это была дуга с высокой энергией ярко сиреневого цвета — такой плазменный жгут или шнур. И это все при напряжении питания в 60 вольт (если честно, я больше 80 В дать просто побоялся). Я решил проверить как обычно на пробой плотного листа бумаги (с предыдущими схемами я баловался — симпатичные такие дырочки получались). Сказать, что ее пробило — это ничего не сказать — бумага вспыхнула сразу при касании к дуге. Т.е. энергия была очень высокой. Если я концы провода подносил ближе друг к другу — они на концах начинали плавиться (тут мне и пришла мысль, что сварочник надо делать именно на тиристорах и где-то на этой же частоте). Пробивался даже фторопласт. Причем в этой схеме я использовал строчный трансформатор от цветного лампового усилителя, а выходная обмотка там имеет мало витков и при обычно схеме на выходе получалось небольшое напряжение (у ч/б телевизоров строчник с более большим коэффициентом трансформации). Я подумал, а что если напряжение питания поднять до 220В — сколько будет тогда на выходе (хотя скорее всего пробило бы трансформатор).

Когда улеглись первые восторги, я начал замечать и недостатки это конструкции. Во-первых, через пару минут работы (а то и меньше) начинал разогреваться трансформатор (и довольно сильно) затем тиристор и даже диод (мощность-то прокачивалась ого-го). Во-вторых система оказалась очень чувствительна к изменениям частоты генератора (все-таки схема-то резонансная). Так же на резонанс влияло и изменение нагрузки. Но что хуже всего — при такой высокой частоте колебаний — я нигде не смог это применить. Выпрямить невозможно — пробовал ставить на выходе высоковольтные (12 кВ, 300 мА, исправные) диоды — они начинали нагреваться даже, если припаяны одним концом, а второй просто висит в воздухе (в пространство что ли излучают). Даже при подключении высоковольтного кабеля длиной всего сантиметров 20 — напряжение падало в десятки раз (может резонанс сбивается и регулировка частоты не помогает). Пробовал собрать умножитель на выходе — с тем же результатом.

Где применить такое я не знаю. Думал даже электрошокер сделать, но схема у меня работала вольт от 16-20 не меньше, да и мощность потребляла большую и размеры были приличные (тиристор довольно внушительных размеров, дроссель, мощный конденсатор, строчный трансформатор — это будет не миниатюрное устройство, а «ранцевый» вариант, если учесть, что батареек надо к нему штук 16), к тому же в шокере на выходе должно быть постоянное напряжение (а если все-таки переменка, то на маленькую частоту). Да и вообще я такое побоюсь применить — убьет еще кого ненароком или пробьет изоляцию и мне достанется. Короче забросил я этого монстра. Хотя идея была красивая.

Источник: http://radiolub.chat.ru/Monstr/monstr.htm

МОЩНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР

    МОЩНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР

  Тиристор – это самый мощный и неприхотливый, выдерживающий огромные перегрузки по току, электронный коммутатор. Поэтому весьма заманчиво использовать его в схемах мощных генераторов импульсов. При питании сетевым напряжением (без понижающего трансформатора или блока питания) в качестве задающих генераторов проще всего использовать релаксационные генераторы на транзисторах в лавинном режиме.

 

Генератор на 2-х тиристорах:

 Каждый тиристор запускается импульсами от своего генератора на транзисторах Т3 и Т4. Частота следования импульсов зависит от времязадающих элементов R2-C3 — для верхнего плеча и R3-C4 – для нижнего.

 

 

 

  Диоды D1,  D2 срезают импульсы напряжения самоиндукции от первичной обмотки трансформатора Tr1. Амплитуда этих импульсов примерно в 10 раз превышает напряжение питания. В некоторых случаях нам нужны эти импульсы, например, при использовании генератора для питания катушки Тесла или других высоковольтных устройств. В этом случае диоды

D1,  D2 не ставим, но выбираем тиристоры на соответствующее напряжение, либо снижаем напряжение источника питания.

Резистор R6 служит в качестве предохранителя.

  В качестве нагрузки может быть использован трансформатор, дроссель, резистор, лампочка… все, что угодно.

Область применения генератора? От построения различных, в том числе экзотических высоковольтных блоков питания до сварочных агрегатов, различных преобразователей. Например, при подключении в качестве нагрузки оооочень мощного динамика получится громкое гудение на заданной частоте, если динамик не сгорит и не лопнут барабанные перепонки.

  При выборе R2<< R3 получится такая последовательность импульсов (на активной нагрузке):

 

Генератор на 1-ом тиристоре:

Делитель осциллографа 1:100

Измерено на аноде Т1 относительно земли без диода D1 

 

На аноде Т1 относительно земли с диодом D1

 

Схемы управления тиристорами. Фазосдвигающее устройство

На рис. 1 показаны простейшие экономичные схемы управления тиристорами. Наиболее простой метод включения тиристора представлен на рис. 1, а, где в качестве необходимого для включения управляющего тока используется часть тока, проходящего через тиристор. В разомкнутом состоянии контакта К тиристор не может открыться, так как на управляющий электрод не подается положительный потенциал. 

При замыкании контакта К в положительный полупериод анодного напряжения через резисторы R1 и R2 и диод Д протекает ток управления. Сила этого тока зависит от мгновенного значения анодного напряжения, которое увеличивается от нуля до максимального значения. Ток управления достигнет необходимого для включения тиристора значения при определенном угле а. Если уменьшить сопротивление реостата R2, угол управления а станет меньше, так как ток управления достигнет необходимого значения при меньшем анодном напряжении. 

При полностью введенном реостате R угол управления а достигнет максимального значения, которое не может превысить 90°, так как максимальное анодное напряжение обеспечивает максимальный ток управления. Приведенная схема может работать на постоянном токе. 

Тиристор может открыться при подаче на анод положительного полюса напряжения. Реостатом R2 устанавливается ток управления необходимой силы. Однако для закрывания тиристора необходимо шунтировать перемычкой или прервать цепь анодного тока.

Схема, приведенная на рис. 1, б, работает аналогично предыдущей через резистор нагрузки Rн ток проходит в оба полупериода питающего напряжения. Для включения тиристоров необходимо замкнуть контакт К. В положительный полупериод ток управления пройдет по цепи через резистор R1, диоды Д2 и Д4; при этом откроется тиристор Т2. Тиристор Т2 закроется при анодном напряжении, равном нулю, когда ток через тиристор упадет до нуля. 

В отрицательный полупериод ток управления пройдет по цепи через резистор R2, диоды ДЗ и Д1 и откроется тиристор Т1. Реостатами R1 и R2 можно изменять действующее значение переменного напряжения на резисторе нагрузки Rн.

Недостатком предыдущих схем управления можно считать узкий диапазон регулирования угла а (от 0 до 90°). Введением в схему регулирования неактивных элементов (емкостей и индуктивностей) можно расширить диапазон изменения угла а. В схеме, представленной на рис. 1, в, комбинация RС цепи и диода позволяет получить угол управления в интервале 0 — 180°. 

Во время положительного полупериода анодного напряжения конденсатор С заряжается; когда напряжение на нем, приложенное между управляющим электродом и катодом тиристора Т, достигнет необходимого значения, тиристор откроется. Временем заряда конденсатора С определяется угол а. Это время можно изменять, меняя сопротивление реостата R2: чем больше сопротивление реостата R2, тем больше угол а и меньше среднее напряжение на резисторе R_н. 

При переходе питающего напряжения через нуль тиристор закрывается. В отрицательный полупериод конденсатор С перезаряжается через диод Д2 до амплитуды отрицательного напряжения. В следующий положительный полупериод происходит перезаряд конденсатора и тиристор открывается.

Рис. 1. Простейшие схемы управления тиристорами

На рис. 1, г, д показаны схемы управления с насыщающимися дросселями, работающими в релейном режиме. В каждый положительный полупериод питающего напряжения по рабочей обмотке дросселя протекает пульсирующий ток. Индуктивное сопротивление рабочей обмотки зависит от магнитного состояния сердечника дросселя. В отсутствие сигнала на обмотке постоянного тока с указанной полярностью сердечник дросселя насыщается, индуктивное сопротивление рабочей обмотки уменьшается до нуля и входная цепь тиристора шунтируется. Таким образом, в отсутствие сигнала управления тиристор не может быть открыт. При подаче сигнала на обмотку управления (см. рис. 1, г) дроссель переводится в ненасыщенное состояние, так как обмотки включены встречно.

Переход дросселя из одного состояния в другое происходит практически мгновенно, что объясняется прямой петлей гистерезиса сердечника дросселя. 

В ненасыщенном состоянии индуктивное сопротивление рабочей обмотки увеличивается до максимального значения и ток во время положительного полупериода через резисторы R1 и R2 и диод Д поступает к управляющему электроду тиристора и включает его. Пока есть сигнал на управляющей обмотке, тиристор открывается в каждый положительный полупериод. Конденсат С предотвращает ложное срабатывание тиристора при переходных процессах в цепи переменного тока, шунтируя тиристор в момент всплеска напряжения.

В схеме, приведенной на рис. 1, д, рабочая обмотка дросселя Др включена последовательно в цепь управления тиристора. При наличии сигнала сердечник дросселя насыщен, так как обмотки управления и рабочая обмотка действуют согласно. Заряженный конденсатор С разряжается на входную цепь тиристора, и он открывается. В отрицательный полупериод тиристор закрыт, конденсатор заряжен. В положительный полупериод конденсатор снова заряжается и открывает тиристор. В отсутствие сигнала на обмотке управления сердечник дросселя не насыщен, в положительный полупериод конденсатор заряжается. Резистор R2 ограничивает напряжение входной цепи тиристора до значения, при котором тиристор не может открыться. Схемы на рис. 1, г, д могут использоваться как ключевые без регулирования выпрямленного напряжения.

В схеме управления (рис. 1, е) используется маломощный динистор Д, который включается при определенном напряжении между анодом и катодом. В положительный полупериод конденсатор С заряжается, причем время заряда можно регулировать реостатом R2. Когда напряжение на конденсаторе достигнет уровня включения динистора Д, конденсатор разрядится на первичную обмотку трансформатора Т_р, на вторичной обмотке возникает импульс, и тиристор Т откроется. В отрицательный полупериод тиристор закрыт, конденсатор С перезаряжается. В следующий положительный полупериод конденсатор снова перезаряжается и открывает тиристор.

Приведенные простейшие схемы не лишены недостатков, связанных с зависимостью параметров от изменения температуры, небольшой скоростью нарастания тока управления и т. п. Для управления в преобразовательных устройствах применяются более сложные специальные схемы.

Фазосдвигающее устройство (ФСУ)

Это устройство является главным функциональным звеном любой системы управления, так как тиристорные схемы построены по принципу фазового управления. В зависимости от способа получения сдвига управляющих импульсов различают системы управления, построенные по «горизонтальному» и «вертикальному» принципам.

При «горизонтальном» принципе управления сдвиг входного сигнала обычно синусоиды напряжения входной сети для выпрямителей, осуществляется во времени по оси абсцисс (по горизонтали), а затем из сдвинутой синусоиды формируются прямоугольные импульсы. Простейшая схема с горизонтальным управлением показана на рис. 2. Входной сигнал подается на первичную обмотку трансформатора Т_р. 

Это же напряжение является анодным для тиристора. Вторичная обмотка трансформатора разделена на два ппеча. На концах вторичной обмотки ае возникает переменное напряжение, которое представляет собой сумму напряжений между точками аd и dе. Эти напряжения могут быть изображены соответствующими векторами. Вторичное напряжение ае представляет собой геометрическую сумму падений напряжения на емкости С (вектор аb) и на резисторе R (вектор bе). 

Выходное напряжение представлено вектором db. При изменении сопротивления резистора R изменяются активное падение напряжения (вектор bе), ток во вторичной цепи и, следовательно, емкостное падение напряжения. Векторы емкостного аb и активного bе падений напряжения должны оставаться перпендикулярными и их сумма (вектор ае) — неизменной. 

Из векторной диаграммы видно, что при изменении сопротивления резистора R вектор db поворачивается и, следовательно, выходное напряжение Uвых сдвигается по фазе относительно входного напряжения Uвх.

Рис. 2. Сдвиг управляющего сигнала по «горизонтальному» принципу

При «вертикальном» принципе управления постоянное напряжение управления сравнивается с опорным переменным напряжением.

При этом постоянное напряжение управляющего сигнала U_с, которое регулируется с поста управления или автоматически устанавливается при изменении регулируемых параметров (напряжения генератора), сравнивается с эталонным переменным напряжением U_э, имеющим неизменную амплитуду. В момент равенства этих напряжений формируется импульс для открывания тиристора.

На рис. 3, а представлена схема генератора импульсов для управления тиристором возбудителя синхронного генератора в схеме ГЭУ дизель-электрохода. 

Рис. 3. Принципиальная схема генератора импульсов и диаграмма напряжений

Данная ГЭУ имеет единую электростанцию, состоящую из трех дизель-генераторов, от которой питается ГЭД и через трансформаторы — потребители собственных нужд, поэтому назначение тиристорного возбудителя сводится к поддержанию постоянства напряжения на шинах или к его изменению при необходимости.

Управляющее напряжение Uс вырабатывается регулятором напряжения. Эталонное напряжение U_э имеет синусоидальную форму и неизменную амплитуду U_м.

Напряжение сигнала может изменяться в пределах от — U_м до + U_м. Сложение переменного U_э и постоянного U_с напряжений происходит на резисторах R1 и R2, которыми можно регулировать входное напряжение транзистора Т₁. При отсутствии сигнала управления U_с = 0 (напряжение генератора в норме) синусоида эталонного напряжения Uэ изменяется относительно оси t и проходит через нуль при угле а = 90° (рис. 3, б). Если считать, что положительное значение U_э соответствует плюсу на базе транзистора Т₁, то транзистор откроется при переходе кривой Uэ через нуль. 

Пока транзистор Т₁ закрыт, отрицательным потенциалом его коллектора поддерживается открытое состояние транзистора Т2, и конденсатор С разряжен через диоды ДЗ, Д2 и открытый коллекторный переход транзистора Т₂. В момент открывания транзистора Т1 потенциал базы транзистора Т2 становится положительным, и последний закрывается. 

При переходе транзистора Т₂ из открытого состояния в закрытое потенциал его коллектора изменяется с положительного на отрицательный, что приводит к заряду конденсатора С. 

Зарядный ток проходит через диоды Д5 и Д4 и является током базы транзистора Т_з, открывающего последний. В открытом состоянии транзистора ТЗ на резисторе R9 возникает напряжение, которое прикладывается между управляющим электродом и катодом тиристора возбудителя. Время существования импульса на выходе равно времени заряда конденсатора, которое зависит от емкости конденсатора и силы тока заряда. 

Если напряжение на тиристоре U_т сдвинуто относительно эталонного на 90°, как изображено на диаграмме, то передний фронт импульса возникнет при угле а = 90° и тиристор будет открыт в течение половины положительного полупериода, что соответствует номинальному возбуждению генератора. Тиристор будет закрыт весь отрицательный полупериод напряжения U_т и часть положительного. В начале положительного полупериода напряжения U_э транзистор Т₁ закроется, а Т₂ откроется, конденсатор С разрядится и будет готов для нового импульса.

При уменьшении напряжения генератора возникает напряжение (сигнал), приложенное минусом к базе Т₁ (на диаграмме — U_с). При сложении напряжений на входе транзистора Т₁ синусоида напряжения U_э будет изменяться относительно оси и угол открывания тиристора уменьшится до значения а₁, а среднее значение выпрямленного напряжения и возбуждение генератора увеличатся. При увеличении напряжения генератора выше нормы возникает напряжение, приложенное плюсом к базе Т₂ (на диаграмме +U_с). Теперь синусоида U_э будет изменяться относительно оси t₂ и угол включения увеличится до значения а₂. 

Среднее выпрямленное напряжение и возбуждение генератора уменьшатся.

По вертикальному принципу построена схема управления тиристором, приведенная на рис. 4, где используется импульсный трансформатор Т_рИ, работающий совместно с транзистором Т₁ в режиме блокинг-генератора. Входное напряжение транзистора создается суммой постоянного напряжения сигнала и переменного эталонного напряжения U_э с неизменной амплитудой.

Транзистор Т₁ открывается при возникновении на базе отрицательного потенциала, когда кривая U_э переходит через нуль в зону отрицательных значений (см. рис. 3, б), По мере открывания транзистора нарастает ток в цепи коллектора, проходящий через первичную обмотку импульсного трансформатора; при этом в базовой обмотке трансформатора наводится э. д. с., которая прикладывается плюсом к эмиттеру и осуществляет положительную обратную связь, что способствует дальнейшему открыванию транзистора. Ток в первичной обмотке трансформатора нарастает лавинообразно, и в выходной обмотке Т_рИ возникает э.д.с., которая через диод Д2 и резистор R1 создает импульс управления тиристором: тиристор открывается.

Рис. 4. Формирователь импульсов с блокинг-генератором

В насыщенном состоянии транзистора ток коллектора достигает максимального значения и перестает изменяться, импульс исчезает. Э.д.с. в базовой обмотке равна нулю, положительная обратная связь не работает, и ток коллектора начинает уменьшаться. Уменьшение тока коллектора наводит в базовой обмотке э.д.с. другого направления, которая осуществляет отрицательную обратную связь и способствует закрыванию транзистора. Одновременно в выходной обмотке наводится э. д. с. другого направления, которая создает ток в разрядном контуре через диод Д1. 

В коллекторной обмотке импульсного трансформатора спад тока наводит э.д.с. самоиндукции, которая, поддерживая направление тока, препятствует запиранию транзистора, так как прикладывается плюсом к эмиттеру. Эта э.д.с. создает шунтирующую цепь через стабилитрон С_т. После закрывания транзистора, если на базе снова возникнет отрицательный потенциал, процесс повторяется и выдается следующий импульс.

Таким образом, импульсы подаются в течение всего отрицательного полупериода входного напряжения транзистора. Тиристор может быть открыт первым импульсом, и последующие импульсы его открытого состояния не меняют. Сдвиг по фазе момента подачи импульсов зависит от значения и полярности постоянного напряжения сигнала U_с, которое вырабатывается регулятором напряжения генератора или ГЭД.

Тиристорный генератор

 

Использование: как источник питания в геофизических скважинных устройствах при проведении геофизических работ в скважине. Техническая задача: создание надежного тиристорного генератора, имеющего широкие функциональные возможности. Сущность: тиристорный генератор содержит источник постоянного тока, инвертор, состоящий из двух последовательных контуров, каждый из которых образован соединенными последовательно фильтровым конденсатором, коммутирующим дросселем, тиристором и коммутирующим конденсатором, формирователь управляющих импульсов с подключенным к нему задающим генератором, при этом питание формирователя управляющих импульсов обеспечивается тем, что в общую диагональ последовательных контуров включен трансформатор тока, зашунтированный конденсатором и нагруженный на выходной усилитель формирователя импульсов, выходы усилителя подключены к соответствующим управляющим входам тиристоров. 1 ил.

Изобретение относится к тиристорным преобразователям частоты и предназначено, например, для использования в геофизических скважинных устройствах при проведении геофизических работ в скважине.

Известен однофазный инвертор с самовозбуждением по А.С. СССР N 1427527, кл. H 02 M 7/515, пр. 01.07.86 г. содержащий тиристорный мост с конденсатором в диагонали переменного тока, дроссель в одной из шин питания моста, четыре диода, каждый из которых катодом подключен к управляющему электроду одного из четырех тиристоров моста, к конденсатору которого параллельно подключена пусковая цепь, а также формирователь управляющих импульсов тиристоров с подключенным к нему задатчиком частоты, при этом формирователь импульсов выполнен в виде цепочки из последовательно включенных ограничительного резистора и вспомогательного тиристора, включенной между выводом постоянного тока моста положительной полярности и точкой объединения анодов указанных четырех анодов. Данный инвертор позволяет получить на выходе переменное напряжение при обеспечении надежной работы системы возбуждения колебаний. В зависимости от глубины погружения температура в скважине изменяется от 25 до 30^o С, при этом температуры в различных скважинах могут отличаться на 40-50^o С, т. е. инвертор должен обеспечивать стабильную работу в диапазоне изменения температуры порядка 80^o C, однако данное схемное решение не обеспечивает стабильность частоты при таких перепадах температур. Кроме того, большие габаритные размеры инвертора из-за наличия большого фильтрового дросселя, а также большого числа элементов схемы, не позволяют использовать его в скважинном генераторе. Ключевым элементом схемы известного инвертора является тиристор, который формирует фронты импульсов управления. Для отпирания тиристоров инвертора необходимо обеспечить ток в импульс от 1 до нескольких А. Ограничительный резистор в данной схеме включен в цепь питания и его мощность при напряжении на входе 300 В составит порядка 300 Вт. Для нормального отпирания тиристора инвертора паспортная длительность его импульса управления должна быть порядка 5 мкс. При выходной частоте 20-22 кГц (в случае магнитострикционной нагрузки) период следования импульсов не превышает 25 мкс. Таким образом, мощность, рассеиваемая ограничительным резистором, будет не менее 150 Вт. При такой мощности резистор является мощным источником тепла, что будет нарушать тепловой режим в замкнутом объеме скважинного генератора и снизит надежность его работы (схема будет неработоспособной). Кроме того, генератор на основе данного инвертора не обеспечивает работу магнитострикционной нагрузки (магнитострикционных преобразователей), что сужает область его возможного применения (для эффективной работы магнитострикционных преобразователей необходимо одновременное протекание переменного тока тока возбуждения и постоянного тока поляризации). Перед разработчиками стояла задача создания схемы тиристорного генератора, позволяющей надежно использовать его в геофизических скважинных (погружаемых) устройствах при различных, в том числе, магнитострикционных нагрузках. Таким образом, техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением — создание надежного тиристорного генератора, имеющего широкие функциональные возможности. Поставленная задача решается тем, что в тиристорном генераторе, содержащем два последовательно соединенных через цепь нагрузки тиристора, первый коммутирующий конденсатор, подключенный к точке соединения катода первого тиристора с цепью нагрузки, формирователь импульсов с подключенным к нему задающим генератором, первый и второй входы которого соединены с вентилем, включенным последовательно с резистором. В тиристорный генератор, кроме того, введены четыре фильтровых конденсатора, диод, два коммутирующих дросселя и второй коммутирующий конденсатор, соединенный одной обкладкой с точкой соединения анода второго тиристора с цепью нагрузки, а другой обкладкой со свободной обкладкой первого коммутирующего конденсатора и с общей точкой двух последовательно соединенных первого и второго фильтровых конденсаторов, подключенных к выводам источника постоянного тока и через коммутирующие дроссели к свободным электродам тиристоров, а формирователь тока выполнен в виде включенной в цепь, соединяющую пары коммутирующих и фильтровых конденсаторов, первичной обмотки трансформатора тока, ко вторичной обмотке которого подключен выпрямитель с третьим фильтровым конденсатором на выходе, соединенный положительной обкладкой с первым входом выходного усилителя, подключенного к управляющим электродам тиристоров, а отрицательной обкладкой — с отрицательным выводом источника, подключенным к четвертому фильтровому конденсатору и аноду упомянутого вентиля, в качестве котоpого использован стабилитрон, соединенный катодом со свободной обкладкой четвертого фильтрового конденсатора, через резистор с положительным выводом источника, а через диод с первым входом выходного усилителя, ко второму входу которого подключен задающий генератор. При таком схемном решении тиристорного генератора ток, протекающий через нагрузку, имеет переменную и постоянную составляющие, т.к. при любом из двух включенном тиристоре ток (его постоянная составляющая) через нагрузку всегда имеет одно и то же направление, а именно: от вывода, имеющего общую точку с выводом первого тиристора, к выводу, имеющему общую точку со входом второго тиристора. Т.е. схема позволяет использовать в качестве нагрузки также и магнитострикционные преобразователи без применения дополнительного источника для их подмагничивания (поляризации). Для обеспечения оптимального режима работы тиристорного генератора при магнитострикционной нагрузке необходимо настроить преобразователь на оптимальный режим работы (обеспечивающий максимальную мощность излучения), для чего необходимо согласовывать импеданс электрической части тиристорного генератора и импеданс магнитострикционного преобразователя. Данного согласования добиваются при определенных конкретных значениях переменного тока возбуждения и постоянного тока поляризации. Согласование работы двух источников питания преобразователя требует наличия дополнительных устройств и схемных решений, что ухудшает надежность и значительно увеличивает массогабаритные параметры генератора. Предлагаемое техническое решение, исключив необходимость в дополнительном источнике тока для обеспечения магнитострикционной нагрузки, позволяет при одном источнике питания осуществлять согласование импеданса генератора (электрической части генератора) и магнитострикционной нагрузки путем подбора параметров элементов схемы генератора для конкретной магнитострикционной нагрузки, в дальнейшем нет необходимости контролировать импеданс электрической части генератора и нагрузки, т.к. их соотношение будет постоянным, определяемым только параметрами элементов схемы генератора. Таким образом, обеспечивается надежная и стабильная работа генератора при включении его в схему магнитострикционной нагрузки. Кроме того, в предлагаемом генераторе его высокочастотная часть, состоящая из двух последовательных контуров и нагрузки, отделена от источника питания постоянного тока фильтровыми конденсаторами, для этого емкость фильтровых конденсаторов выбирается значительно большей, чем емкость коммутирующих конденсаторов. Следовательно, для надежной работы генератора не требуется дополнительного фильтрового дросселя, что позволяет снизить массогабаритные параметры генератора. Для обеспечения надежной работы генератора в скважине необходимо иметь систему управления тиристорами, работающую эффективно в условиях замкнутого пространства скважины и не ухудшающую массогабаритные параметры генератора. Система управления тиристорами не будет ухудшать массогабаритные параметры генератора, если в ней будут отсутствовать мощные, потребляющие значительную энергию, схемные элементы. С этой целью в предлагаемом генераторе источник питания, обеспечивающий работу системы управления тиристорами, разделили таким образом, чтобы не было необходимости иметь большую мощность на входе системы управления для обеспечения на ее выходе тока, достаточного для отпирания тиристоров. Для снижения установленной мощности системы питания тиристорами в предлагаемом генераторе обеспечили промежуточный источник для питания выходного усилителя, с выходом которого на тиристоры поступают управляющие импульсы. Слаботочный (8-10 мА) задающий генератор, включающий систему распределения импульсов, запитан через цепочку ограничительный резистор — стабилитрон. При этом мощность резистора выбрана такой, чтобы обеспечить питание данного задающего генератора (при напряжении источника постоянного тока 300 В достаточно иметь резистор 40-50 кОм, при этом выделяемая мощность составит 3-5 Вт) и не более того. Для питания выходного усилителя (или усилителей) используется источник, представляющий собой трансформатор тока, включенный в диагональ переменного тока инвертора, с выхода трансформатора через выпрямитель ток поступает на третий фильтровый конденсатор и далее на выходной усилитель. Для того, чтобы в случае обрыва цепи трансформатор тока не сгорел, применяют гасящую емкость, которую подключают к выводам вторичной обмотки трансформатора. При подаче напряжения на вход инвертора через ограничительный резистор происходит заряд четвертого фильтрового конденсатора, при этом напряжение его заряда, являющееся питающим для задающего генератора контролируется первым входом задающего генератора и генерация не разрешается, пока напряжение не достигнет заданного значения, после чего импульсы с выхода задающего генератора поступают на вход выходного усилителя. Одновременно с началом заряда четвертого фильтрового конденсатора через ограничительный резистор и диод происходит заряд третьего фильтрового конденсатора, напряжение которого является питающим для выходного усилителя. При достижении напряжения на разрешающем входе задающего генератора заданной величины начинается генерация, при этом задающий генератор формирует импульсы требуемой частоты и распределяет их на два такта. Импульсы каждого такта усиливаются выходным усилителем. При этом энергии, запасенной в третьем фильтровом конденсаторе оказывается достаточно для того, чтобы включить тиристоры инвертора. Одновременно с включением тиристоров одного из плеч инвертора ток диагонали инвертора через трансформатор тока и выпрямитель подпитывает третью фильтровую емкость и с этого момента источником питания выходного усилителя является трансформатор тока. Диод служит для исключения разряда третьей фильтровой емкости через входные цепи задающего генератора, а также разделяет источник питания задающего генератора и выходного усилителя. Мощность введенного ограничительного резистора не превышает 3-6 Вт, что не повлияет на нарушение теплового режима в скважине в месте расположения скважинного геофизического прибора, снабженного данным генератором (ограничительный резистор при такой мощности не будет являться дополнительным источником тепла, нарушающим нормальное функционирование скважинного прибора). При работе генератора данный резистор будет служить лишь для подпитывания слаботочной системы питания задающего генератора. Необходимый для отпирания тиристоров ток, обеспечивается параметрами трансформатора тока, выпрямителя, третьего фильтрового конденсатора и выходного усилителя, обеспечение такого направленного питания (отсутствуют затраты энергии, связанные с питанием других функциональных узлов схемы) позволяет выбрать минимально необходимые и достаточные для нормального фукционирования схемы параметры данных элементов. Предлагаемая схема тиристорного преобразователя не имеет больших и громоздких элементов схемы (фильтровых дросселей, мощных резисторов и конденсаторов и т.п.), что позволяет выполнить генератор в малых объемах. Введенные элементы также не имеют значительных габаритных размеров и поэтому их введение не повлияет на значительное увеличение массо-габаритных параметров генератора, поэтому предложенная схема тиристорного генератора позволит использовать его в качестве скважинного. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет минимизировать размеры тиристорного генератора, что делает возможным его использование в качестве скважинного для питания скважинных геофизических устройств и, тем самым, также расширяет его функциональные возможности, а обеспечение нормального режима работы такого генератора в условиях замкнутого пространства скважины позволяет повысить стабильность и надежность его работы. На чертеже изображена схема предлагаемого тиристорного генератора. Тиристорный генератор содержит входной выпрямитель 1, подключенный к последовательно соединенной паре фильтровых конденсаторов 2, 3, которые через коммутирующие дроссели 4, 5 подключены соответственно к аноду тиристора 6 и к катоду тиристора 7. К катоду тиристора 6 и к аноду тиристора 7 подключена пара последовательно соединенных коммутирующих конденсаторов 8, 9, зашунтированных нагрузкой 10 магнитострикционным преобразователем. Общие точки фильтровых конденсаторов 2, 3 и коммутирующих конденсаторов 8, 9 соединены между собой через первичную обмотку трансформатора 11. Управляющие выводы тиристоров 6, 7 подключены к выходам выходного усилителя 12. Вторичная обмотка трансформатора 11 зашунтирована конденсатором 13 и подключена к входным зажимам выпрямителя 14 (например, однофазный мостовой выпрямитель на диодах). Выпрямитель 14 зашунтирован конденсатором 15, одна обкладка которого соединена с отрицательным выводом источника питания, а положительная обкладка соединена с клеммой питания (первым входом) усилителя 12. Между положительным и отрицательным выводами источника питания (между выходами выпрямителя 1) включена цепочка из резистора 16 и стабилитрона 17, зашунтированного конденсатором 18. Общая точка стабилитрона 17 и конденсатора 18 через резистор 16 соединена с положительным выводом источника питания и одновременно подключена к первому (разрешающему) входу задающего генератора 19, ко второму входу которого подключена другая общая точка конденсатора 18 и стабилитрона 17. Первый вход задающего генератора 19 подключен к аноду диода 20, катод которого соединен с первым входом усилителя 12. Генератор работает следующим образом. В исходном состоянии переменное напряжение питающей сети промышленной частоты, поданное на входные выводы выпрямителя 1, преобразуется в постоянное. Конденсаторы 2, 3 заряжаются в сумме примерно до амплитудного значения напряжения питающей сети. Одновременно через ограничительный резистор 16 (50 кОм) происходит заряд конденсатора 18, при этом задающий генератор 19 не начинает генерации, пока напряжение заряда конденсатора 18 не достигнет заданного уровня. Одновременно с началом заряда конденсатора 18 через резистор 16 и диод 20 происходит заряд конденсатор 15. При достижении напряжения на разрешающем входе задающего генератора 19 заданной величины начинается генерация, импульсы задающего генератора 19 поступают на второй вход усилителя 12. При этом энергии, запасенной за этот период времени в конденсаторе 15 оказывается достаточно, чтобы включить через усилитель 12 тиристоры инвертора. При включении одного из тиристоров ток диагонали инвертора через трансформатор тока 11 и выпрямитель 14 подпитывают конденсатор 15. Далее источником питания выходного усилителя является трансформатор тока 11. Задающий генератор 19 распределяет импульсы по двум тактам с тем, чтобы в плечи инвертора импульсы поступали не одновременно, а в определенной заданной последовательности. При подаче импульсов управления с выхода усилителя 12 на тиристоры 6, 7 происходит процесс преобразования входного постоянного тока в ток высокой частоты. При включении тиристора 6 полуволна тока, близкая по форме к синусоидальной, протекает по контуру: При переключении тиристоров (с тиристора 6 на тиристор 7) ток будет протекать по контуру: При протекании тока по магнитострикционной нагрузке последняя начинает работать в режиме, определяемом параметрами схемы тиристорного генератора.

Формула изобретения

Тиристорный генератор, содержащий два последовательно соединенных через цепь нагрузки тиристора, первый коммутирующий конденсатор, подключенный к точке соединения катода первого тиристора с цепью нагрузки, формирователь импульсов с подключенным к нему задающим генератором, первый и второй входы которого соединены с вентилем, включенным последовательно с резистором, отличающийся тем, что в него введено четыре фильтровых конденсатора, диод, два коммутирующих дросселя и второй коммутирующий конденсатор, соединенный одной обкладкой с точкой соединения анода второго тиристора с цепью нагрузки, а другой обкладкой со свободной обкладкой первого коммутирующего конденсатора и с общей точкой двух последовательно соединенных первого и второго фильтровых конденсаторов, подключенных к выводам источника постоянного тока и через коммутирующие дроссели к свободным электродам тиристоров, а формирователь тока выполнен в виде включенной в цепь, соединяющую пары коммутирующих и фильтровых конденсаторов, первичной обмотки трансформатора тока, к вторичной обмотке которого подключен выпрямитель с третьим фильтровым конденсатором на выходе, соединенный положительной обкладкой с первым входом выходного усилителя, подключенного к управляющим электродам тиристоров, а отрицательный обкладкой с отрицательным выводом источника, подключенным к четвертому фильтровому конденсатору и аноду упомянутого вентиля, в качестве которого использован стабилитрон, соединенный катодом со свободной обкладкой четвертого фильтрового конденсатора, через резистор с положительным выводом источника, через диод с первым входом выходного усилителя, к второму входу которого подключен задающий генератор.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Устройство для управления тиристорами параллельного инвертора

Известны устройства для управления тиристорами параллельного инвертора, содержащие задающий генератор прямоугольных импульсов, вторичная обмотка выходного трансформатора которого выполнена по схеме со средней точкой, дифференцирующий RC-контур с выпрямителем на выходе и дополнительный тиристор.

Устройства такого типа отличаются недостаточной устойчивостью против срыва инвертирования при запуске в связи с отсутствием синхронизации задающего генератора и пускового устройства.

В предлагаемом устройстве этот недостаток устранен благодаря тому, что дополнительный тиристор включен в общий провод вторичной обмотки задающего генератора, причем к его цепи управления через дифференцирующую цепь и выпрямитель подключена дополнительная обмотка задающего генератора.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Инвертор 1, выполненный с применением трансформатора 2, тиристоров 3, 4, коммутирующего конденсатора 5, дросселя 6 и конденсатора фильтра 7, управляется с выхода задающего генератора прямоугольных импульсов 8 с выходным трансформатором 9. В общий привод вторичной обмотки 10 трансформатора 9 включен дополнительный тиристор 11. На вход его через дифференцирующую цепь 12-13, выпрямитель 14 и контакт 15 пускового реле подключена дополнительная обмотка 16 трансформатора 9.

Устройство работает следующим образом.

При подключении его к источнику питания U_п напряжение прикладывается к силовой части инвертора 1 и задающему генератору 8. Последний возбуждается и на его обмотках появляется прямоугольное напряжение. Дифференцирующая цепь формирует короткие импульсы на переднем фронте прямоугольного напряжения генератора 8. С выдержкой времени включается пусковое реле. Если это происходит между импульсами дифференцирующей цепи, то тиристор 11 не включается и блокирует импульсы задающего генератора. В результате те силовые тиристоры 3 и 4 включаются передним фронтом импульсов задающего генератора, создавая условия для тонкого заряда коммутирующего конденсатора 5, что предотвращает возможность срыва инвертирования при запуске.

Устройство для управления тиристорами параллельного инвертора, содержащее задающий генератор прямоугольных импульсов, вторичная обмотка выходного трансформатора которого выполнена по схеме со средней точкой, дифференцирующий RC-контур с выпрямителем на выходе и дополнительный тиристор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности запуска инвертора, выходной трансформатор задающего генератора снабжен дополнительной обмоткой, которая через указанные RC-контур и выпрямитель подключена на вход дополнительного тиристора, причем последний включен в нулевой провод вторичной обмотки трансформатора задающего генератора.

Генератор наносекундных импульсов Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

Том 228 1974.

ГЕНЕРАТОР НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ

М. С. АЛЕЙНИКОВ, Е. |П. КОЛЬЦОВ, -К- Л. ПЕСТЕРЕВ, В. С. ТИТОВ, В. И. ИВАНОВ

(Представлена научно-техническим семинаром кафедры приборов и устройств систем автоматики)

Для получения мощных импульсов тока можно использовать принцип заряда и разряда емкости. Разряд емкости должен проходить с большой скоростью. Для переключения емкости из состояния «заряд» в состояние «разряд» можно использовать в качестве ключа тиристоры, которые характеризуются большой эффективностью работы в качестве переключателей в кило- и мегаватном диапазонах по сравнению с полупроводниковыми триодами, так как работают при больших значениях напряжения питания и тока. Предложена схема однотактных формирователей импульсов с возвратом тиристора в исходное состояние [1]. Схема, предложенная в [1], может быть использована в качестве генератора наносекундных импульсов в случае, если ввести следующие изменения схемы: а) в качестве нагрузки использовать импульсный трансформатор тока; б) для уменьшения длительности переднего фронта импульсов необходимо поставить дроссель насыщения. Так как тиристоры должны пропускать большие токи при очень большой скорости изменения тока, то необходимо применять мощные тиристоры,-которые имеют большие габариты, вес и стоимость.

Наиболее выгодной и удовлетворяющей вышеуказанным требованиям является схема, представленная на рис. 1. В этой схеме тиристор 1\ — основной, а тиристор Т2 — вспомогательный. Длительность импульса, равная 50-10-9 секунд, обеспечивается емкостью Со, а максимальная величина тока в нагрузке определяется по формуле:

= Ятр + Я ар + ,

сопротивление импульсного трансформатора; сопротивление дросселя насыщения; ■сопротивление тиристора прямому току.

_

Дирререщирующая цепь

Рис. 2. Схема генератора наносекундных импульсов

Схема обладает тем преимуществом, что тиристор Т2 можно взять маломощным, потому что частота следования импульсов мала (период 5-Ю3 сек), поэтому заряд емкости С0 можно производить 5-103 сек, а для этого требуется очень малый ток заряда, протекающий через тиристор Т2.

Блок-схема разработанного генератора наносекундных импульсов показана на рисунке 2. Задающий генератор 1 вырабатывает импульсы прямоугольной формы и через импульсный трансформатор подает их на управляющий электрод тиристора в схеме заряда емкости. Тиристор открывается и начинается заряд емкости. По окончании заряда емкости ток заряда становится равным нулю, и тиристор схемы заряда автоматически закрывается. Те же импульсы от задающего генератора 1 поступают на дифференцирующую цепь и отрицательные импульсы от формирующей цепи поступают на задающий генератор 2, который собран по схеме мультивибратора, работающего в ждущем режиме. Положительные импульсы от задающего генератора 2 поступают на управляющий электрод тиристора схемы разряда емкости, тиристор открывается, и емкость разряжается через малое сопротивление дросселя насыщения и импульсного трансформатора тока, во вторичную

где

Ятр

Ядр— Лт! —

Емкость С0

обмотку включена нагрузка. С нагрузки снимаются положительные импульсы тока. Импульсный трансформатор нужен для развязки схемы заряда и схемы разряда емкости. Для синхронной работы двух генераторов задающий генератор 2 работает в ждущем режиме и запускается импульсами (от заднего фронта импульсов) задающего генератора 1.

Принципиальная схема разработанного генератора приведена на рисунке 3. Схема генератора проста, собрана на двух тиристорах и четырех транзисторах. Для запуска тиристора Т1 использована схема мультивибратора с одним эмиттерным конденсатором. Такой мультивибратор позволяет получить короткие импульсы с минимальной длительностью до нескольких десятых долей микросекунд (на диффузионных транзисторах) при большой скважности [2]. Задним фронтом импульса, рассмотренного выше мультивибратора, через дифференцирующую цепь запускается другой мультивибратор, работающий в ждущем режиме, и через диод выдаются импульсы управления на тиристор Т2.

Питается генератор от источника постоянного напряжения 220 вольт и потребляет ток 0,2 ампера.

1. Р. В. Б и л и к и др. Импульсные схемы на диписторах и тиристорах. Издательство «Наука», 1968.

2. Е. Ф. Доронкин. Генераторы импульсов на транзисторах. Издательство «Связь», 1965.

Рис. 3. Принципиальная схема разработанного генератора

ЛИТЕРАТУРА

5.7 Генераторы и формирователи на триодных тиристорах

Принципы построения импульсных схем на триодных тиристорах во многом сходны со схемами на диодных тиристорах. Отличие заключается в схемах цепей управления, куда для управления тиристорами необходимо подавать короткие импульсы тока, характеризуемые сравнительно малыми амплитудами по сравнению с амплитудами прямого тока тиристора.

Как и на диодных, на триодных тиристорах можно строить схемы мультивибраторов, одновибраторов, триггеров, однако наиболее широкое применение находят триодные тиристоры в схемах формирования мощных импульсов [11]. От транзисторных формирователей импульсов схемы на тиристорах отличаются простотой и высоким уровнем выходной мощности, достигающей до 10 кВт в импульсе при использовании одного тиристора средней мощности. В тиристорных устройствах фронт импульса тока в нагрузке формируется независимо от скорости нарастания входного сигнала.

Практическое распространение получили схемы формирователей на тиристорах с использованием колебательного разряда (заряда) накопительного конденсатора (ФТК), т. е. схемы с контуром ударного возбуждения. Такие схемы по сравнению с формирователями, в которых конденсатор разряжается или заряжается по экспоненциальному закону, надежнее в работе и обеспечивают большее быстродействие. Кроме того, колебательный разряд (заряд) конденсатора часто предопределен индуктивным характером нагрузки.

Типовая схема ФТК (рис. 5.7.1) основывается на тиристорном ключе по схеме рис. 5.31-а. При подаче запускающего импульса u_bxi отпирается тиристор VS1 и происходит колебательный заряд накопительного конденсатора С. После изменения направления протекания тока в контуре L₀ — Z_н — С тиристор VS выключается и конденсатор С разряжается через резистор R.

Для уменьшения времени разряда конденсатораС к нему можно подключить тиристор VS2, на вход которого подается отпирающий импульс u_вх2 задержанный относительно импульса на время

где Т_к — период собственных колебаний напряжения на зарядном конденсаторе; t_выкл1 — время выключения тиристора VS1.

Выходные импульсы ФТК используются для запуска модуляторов радиолокационных станций и схем импульсного питания искровых камер, поджига импульсных ламп и игнитронов, управления силовыми тиристорами, возбуждения полупроводниковых оптических квантовых генераторов, импульсного питания магнитных элементов и т. д.

Расчет параметров схемы выполняется методами анализа электрических цепей по эквивалентным схемам, составляемым для двух состояний тиристора VS1. Этот расчет сводится к выбору параметров, обеспечивающих, во-первых, надежную работу формирователя, для чего должны быть выполнены условия гарантированного отпирания и выключения тиристора, и, во-вторых, требуемые выходные параметры формирователя (амплитуду, длительность выходного импульса и его фронтов).

Генераторы и формирователи на запираемых тиристорах. На запираемых тиристорах могут быть построены высокоэффективные схемы, которые не потребляют энергию в ждущем режиме, имеют большое входное и малое выходное сопротивления, позволяют получить достаточно мощные импульсы с крутыми фронтами.

Ждущие мультивибраторы показаны на рис. 5.7.2-а,-б. При включении тиристора VS1 (рис. 5.7.2-а) к нагрузке прикладывается напряжение источника питания E, конденсатор С заряжается через сопротивление R и диод VD2. Когда напряжение на конденсаторе достигает значения U_ст + U_спр2, где U_cт — напряжение стабилизации опорного диода VD1, Uспр2 – напряжение спрямления тиристораVS2, открывается. Это приводит к запиранию тиристора VS1 и отключению нагрузки от источника питания.

Длительность выходного импульса на нагрузке

Сопротивление R может изменяться согласно неравенствам

где I_{max vd2} — предельная амплитуда прямого тока, протекающего через диод VD2; I_спр2 — ток спрямления тиристора VS2.

В схеме рис. 5.7.2-б для уменьшения времени восстановления схемы параллельно конденсатору подключен тиристор VSO, управляющий электрод которого через диод VDO соединен с землей. Отрицательный скачок напряжения на нагрузке, возникающий вследствие запирания тиристора VS1, через конденсатор прикладывается к катоду тиристора VSO, вызывая его отпирание по цепи управляющего электрода. Происходит форсированный разряд конденсатора С, и время восстановления устройства снижается до времени выключения тиристора VSO.

Две схемы усилителей-формирователей приведены на рис. 5.7.2- в,-г.

Схема рис. 5.7.2-в управляется импульсами отрицательной полярности. В исходном состоянии тиристоры VS2 и VS1 закрыты и устройство не потребляет энергии от источника Е. При подаче входного импульса по цепи земля — диод VD1 — управляющий переход тиристора VS1 — резисторы R_н, R3 протекает ток, переключающий тиристор VS1 в проводящее состояние. На нагрузке R_н формируется фронт выходного положительного импульса, а на триодный тиристор VS2 подается питающее напряжение Е, так как потенциал управляющего электрода тиристора VS1 повторяет потенциал его катода. В результате к аноду диода VD прикладывается положительное напряжение источника питания через резистор R1 и отрицательное напряжение u_вх от входного импульса через резистор R2, которые подбираются так, что диод имеет запирающее смещение.

Схема усилителя на рис. 5.7.2-г запускается импульсами положительной полярности. В исходном состоянии тиристоры VS1 и VS2 и транзистор VT закрыты. Входной импульс открывает тиристор VS1. К нагрузке R_н прикладывается напряжение питания Е и формируется фронт выходного положительного импульса. Одновременно часть выходного напряжения прикладывается к эмиттеру транзистора VT, но последний остается закрытым, так как при наличии входного сигнала база транзистора имеет потенциал более положительный, чем эмиттер. По окончании действия входного импульса потенциал базы транзистора VT падает до нуля и транзистор переключается в состояние насыщения. Тиристор VS2 включается, обеспечивая запирание тиристора VS1.

Генераторы и формирователи на однопереходных транзисторах (двухбазовых диодах).Из-за простоты конструкции, стабильности параметров и универсальности характеристик однопереходные транзисторы (ОПТ) можно применять для реализации всех типовых схем импульсных устройств. Они наиболее широко используются в схемах генераторов. Генераторы на ОПТ характеризуются большим усилением по мощности, малым расходом энергии, простотой. Типовая схема релаксационного генератора показана на рис. 5.7.3-а.Принцип действия генератора основан на периодических процессах заряда и разряда конденсатора С1. Пока VS закрыт, конденсатор С1 заряжается через сопротивление R3. Включение происходит при достижении на эмиттере напряжения включения VS. Сопротивление между эмиттером и базой Б₁ уменьшается до сопротивления насыщения r_нас и конденсатор разряжается через сопротивление r_нас+R₁. С этого момента ток в эмиттерной цепи поддерживается за счет разряда конденсатора до тех пор, пока он не станет равным I_в. В этой точке сопротивления базы Б₁ резко увеличивается и конденсатор вновь начинает заряжаться. Диаграмма, характеризующая работу схемы, приведена на рис. 5.7.3-б. Чтобы ОПТ VS работал в релаксационном режиме, нагрузочная прямая должна пересекать эмиттерную характеристику на участке отрицательного сопротивления.

Всхеме ждущего мультивибратора на рис. 5.7.4-а в устойчивом состоянии однопереходный транзистор включен, так как на его эмиттер через сопротивление R2 подключено напряжение Е > U_п и конденсатор С быстро заряжается через сопротивления R_н, R4 и эмиттерный переход VS1 до напряжения Е. Это состояние схемы устойчиво. С приходом короткого входного импульса и_вх в момент t₁(рис. 5.7.4-б) тиристор VS2 открывается, конденсатор С подключается к эмиттеру VS1 отрицательным напряжением и он запирается. Начинается перезаряд С через сопротивления R2, R4 и открытый тиристор VS2. Такое состояние схемы сохраняется до тех пор, пока напряжение на конденсаторе в момент t₂ не достигнет величины напряжения переключения ОПТ VS1, равного ηЕ, после чего он открывается и конденсатор С обратным напряжением, равным ηЕ, подключается к тиристору VS2, запирая его. Состояние схемы полностью восстановится после заряда конденсатора по цепи R_n — R4 — эмиттерный переход открытого ОПТ VS1.

Генератор импульсов затвора SCR [180611-1]

Эта схема генерирует синхронизированные с сетью импульсы затвора для тиристоров, симисторов и аналогичных компонентов или схем в целях тестирования.

Эта схема генерирует синхронизированные с сетью импульсы затвора для тиристоров, симисторов и аналогичных компонентов или схем в целях тестирования. Оптопара CNY65 (IC1) — детектор пересечения нуля. Два стандартных резистора 250 В 100 кОм (R1 и R2) используются для питания светодиода внутри оптопары.Когда напряжение, приложенное к K2, значительно ниже, может потребоваться уменьшить номиналы этих резисторов (при использовании низковольтной цепи 160515-1). Эта оптопара обеспечивает зазор более 6 мм в целях безопасности между компоновкой стороны высокого напряжения (HV) и стороны низкого напряжения (LV) печатной платы. При необходимости обе стороны могут быть соединены резистором 0 Ом или перемычкой (R3). Но учтите, что тогда вся цепь подключена к сетевому напряжению, особенно разъем К4 !!! Такое соединение стороны НН и ВН может потребоваться, когда на выходе + ВН от двухполупериодного выпрямителя D1..D4 (K1) используется (требуется для цепи низкого напряжения 160515-1). Сигнал оптопары инвертируется, буферизуется и усиливается транзистором T1 (BC547B). IC2 — двойной компаратор типа LM393. Он имеет вход синфазного сигнала от 0 В до 1,5 В (при 25 ° C) ниже положительной шины питания. Если один вход находится в пределах этого синфазного диапазона, а другой — выше, то на выходе с открытым коллектором не будет разворота фазы. Компараторы IC2A и IC2B имеют опорное напряжение 2,5 В, генерируемое делителем напряжения, образованным резисторами R11 и R12 и развязанным с C4.Потенциометр P1 и конденсатор C1 устанавливают постоянную времени импульса RC. C2 не используется и зарезервирован, если требуется более точное управление или его необходимо адаптировать для 60 Гц. Потенциометры обычно имеют допуск 20%. Тогда (C1 + C2) * P1 — постоянная времени RC. Диод D6 разряжает конденсатор С1 сразу после перехода через нуль. Выходная частота двухполупериодного выпрямителя + ВН составляет 100 Гц (K1), когда частота сети составляет 50 Гц (сеть подключена к K2). Это выходное напряжение от K1 может использоваться для питания схемы SCR, содержащей тиристор, симистор или аналогичные компоненты.Эта схема была первоначально разработана для использования с обеими схемами «Двуханодный тиристорный полевой МОП-транзистор» (160515-1 v1.1 и 160515-1 v1.1), но ее можно использовать и для других приложений. Чтобы сделать схему более универсальной, разъем K4 содержит не только импульсный выходной сигнал, но и напряжение питания +5 В постоянного тока. Сюда необходимо подключить внешний источник питания +5 В. Это означает, что когда на печатной плате установлен резистор R3 0 Ом, этот внешний источник питания +5 В также подключается к сетевому напряжению, когда сетевое напряжение подключается к K2! Всегда будьте очень осторожны при прикосновении к цепи! При замене проводки и т. Д. Всегда отключайте сетевое напряжение. Опорное напряжение 2,5 В также подключено к K4, оно может быть входным или выходным. В зависимости от приложения это может быть полезно. На К3 можно подключить внешний потенциометр, пластиковый! Снимите триммер с печатной платы, иначе они будут подключены параллельно. Предпочтительно использовать подстроечный резистор и выходной каскад около T2, чтобы убедиться, что выходное напряжение действительно может достигать нуля вольт. Использование резистора низкого номинала в качестве подтяжки на выходе IC2B для управления затвором тиристора все еще будет иметь некоторое напряжение на выходе из-за открытого коллектора на выходе компаратора и может быть причиной того, что тиристор всегда срабатывает. .Значение 330 Ом для R9 гарантирует, что большинство тиристоров или симисторов будут иметь достаточный ток затвора, более 10 мА, для правильного срабатывания. Типичное использование этой схемы можно найти в проекте «Двуханодный тиристор MOSFET», где также можно найти электрическую схему.
На первый взгляд односторонняя печатная плата (PDF-файл с верхним слоем показывает медь на нижней стороне), возможно, немного больше, но примите во внимание правила безопасности, такие как зазор 3 мм, где напрямую присутствует сетевое напряжение. На сетевой стороне печатной платы все дорожки имеют зазор 6 мм от края печатной платы.Испытательное напряжение изоляции постоянного тока CNY65 составляет 13,9 кВ (1 с)! Стоимость компонентов должна быть менее 10 евро.

См. Также
https://www.elektormagazine.com/labs/two-anode-mosfet-thyristor-160515

Спецификация материалов

Резистор
R1, R2, R4 = 100 кОм, 5%, 0,25 Вт, 250 В
R3 = 0 Ом, 5%, 0,25 Вт (или перемычка)
R5, R6 = 1 кОм, 5%, 0,25 Вт
R7, R8 = 2,2 кОм, 5%, 0,25 Вт
R9 = 330 Ом, 5 %, 0,25 Вт
R10, R11, R12 = 10 кОм, 5%, 0,25 Вт
P1 = 1 МОм, подстроечный, плоский

Конденсатор
C1 = 15 нФ, 100 В, 10%, ПЭТ, расстояние между выводами 5/7 .5 мм
C2 = оставить открытым, см. Текст
C3, C4 = 100 нФ, 50 В, 10%, X7R, расстояние между выводами 5 / 7,5 мм

Semiconductor
D1-D4 = 1N4007, DO-41
D5, D6 = 1N4148, DO-35
T1 = BC547B, TO-92
T2 = BC557B, TO-92
IC1 = CNY65, DIP-4 HV (Д x Ш = 17,8 x 9,6 мм)
IC2 = LM393P, DIP-8

Другое
K1, K2 = клеммная колодка 7,68 мм, 2-контактная, 630 В
K3 = штыревой разъем, 1 ряд, 2-контактный, вертикальный, шаг 2,54 мм
K4 = разъем штыря, 1 ряд, 5-контактный, вертикальный, шаг 2,54 мм
Дополнительная розетка для IC2 = 8 контактов, DIP, 2.54 мм, 7,62 мм

Разное.
PCB 180611-1 v1.0

(PDF) Характеристики импульсного генератора энергии с использованием высоковольтного тиристора статической индукции

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИМПУЛЬСНОГО ГЕНЕРАТОРА МОЩНОСТИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ ИНДУКЦИИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ THYRISTOR ‘9000ji Hanoji

, * Акитоси Окино, ** Мицуаки Маэяма, *** Кванг-чхол Ко

и Эйки Хотта *

Департамент энергетических наук, Токийский технологический институт,

Нагацута, Мидори-ку, Йокогама, 22643502, Япония.

* Департамент электротехники и электроники Токийского технологического института,

0-okayama, Meguro-ku, Tokyo, 1524552, Japan.

** Департамент электрических и электронных систем, Университет Сайтама,

Шимо-окубо, Урава, Сайтама, 33843570, Япония.

*** Кафедра электротехники и вычислительной техники, Университет Ханьян,

Сондон-ку, Сеул, 133-791, Корея.

Реферат

В существующей системе импульсного генератора энергии, использующей полупроводниковые переключатели

, насыщаемые магнитные переключатели

обычно подключаются последовательно для сжатия выходного импульса

, поскольку время нарастания тока полупроводниковых переключателей

обычно недостаточно короткое .Однако магнитные переключатели

тяжелые и снижают эффективность передачи энергии

. Поэтому мы предлагаем систему импульсного генератора

, использующую тиристор статической индукции 55OOV (SI-Thy)

и линию Блюмлейна для формирования импульсов, и оцениваем основные характеристики

.

Из экспериментов с использованием только одного SI-Thy мы получили

, время включения составляет несколько десятков наносекунд, а максимальная скорость нарастания выходного напряжения

составляет 96 кВ / пс.

подтверждает, что SI-Thy будет иметь достаточную производительность в качестве главного выключателя

импульсного генератора энергии для обработки дымовых газов

и разложения опасных газов, если несколько устройств

соединены последовательно.

I. ВВЕДЕНИЕ

Что касается охраны окружающей среды,

мощных высоковольтных (около 100кВ) короткоимпульсных генераторов

(время нарастания напряжения менее нескольких сотен

наносекунд и

импульсов).

шириной меньше единицы

микросекунды) требуются для очистки дымовых газов и

разложения опасных газов.Переключающие элементы

, используемые в таких генераторах, должны иметь долгий срок службы.

Поскольку полупроводниковые переключатели имеют полубесконечный срок службы

, пока используются в пределах номинальных значений, они являются потенциальными кандидатами

.

Однако время нарастания тока полупроводниковых переключателей

обычно недостаточно короткое.

Следовательно, насыщаемые магнитные переключатели

обычно подключаются последовательно для сжатия выходного импульса.Желательно разработать компактный генератор без магнитных переключателей

, потому что магнитные переключатели

тяжелые и они снижают эффективность передачи энергии. Кому

л

Работа при частичной поддержке NGK INSULATORS, LTD.

реализуют компактные импульсные генераторы энергии, требуются полупроводниковые переключатели

, которые имеют очень короткое время нарастания.

Мы оцениваем высоковольтный статический индукционный тиристор

(SI-Thy), RT-201 (Toy0 Electric Mfg.Компания с ограниченной ответственностью.).

Технические характеристики S & Thy следующие. Номинальное повторяющееся пиковое напряжение в выключенном состоянии

составляет 55OOV, номинальное постоянное напряжение в выключенном состоянии

составляет 44OOV, эффективный ток в открытом состоянии составляет

6OOA, импульсный ток в открытом состоянии превышает 1200A. При использовании

SI-Thy в качестве переключателя был протестирован генератор импульсов, состоящий из

линии Блюмлейна и последовательно соединенного трансформатора.

II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ИМПУЛЬСНАЯ МОЩНОСТЬ

GENERATOR STSTEM

Экспериментальная схема системы импульсного генератора

, в которой SI-Thy используется в качестве переключателя, показана на

Рис.1. Как описано в предыдущем разделе, схемы сжатия магнитного импульса

снижают эффективность передачи энергии.

Итак, мы предлагаем систему импульсного генератора энергии, использующую линию Блюмлейна

для формирования импульсов. Два кабеля (RG-

8U: * характеристическое сопротивление 52 Ом), каждый длиной

, что составляет 50 м, используются в качестве линий Блюмлейна. Следовательно,

генерирует импульс выходного напряжения с шириной импульса

5001 ~.Линия Blumlein заряжается до максимального

напряжения 3 кВ, когда используется только один S & Thy.

Поскольку S & Thy является нормально включенным устройством, вентиль SI-

Thy должен иметь отрицательное смещение до -15 В для сохранения состояния удержания

. Переключатель замыкается при подаче положительного импульса напряжения

на затвор. После этого на первичной обмотке

импульсного трансформатора появляется импульс напряжения с максимальным напряжением 3кВ

.Поскольку коэффициент трансформации импульсного трансформатора

составляет от 2 до 6, максимальное импульсное напряжение

появляется на вторичной обмотке. Резистор lksz

используется в качестве согласованной нагрузки.

* [email protected]

D-7803-549E2/99/SlO.OO@l999 IEEE.

788

Реализация модели тиристора — Simulink

Реализация модели тиристора

Библиотека

Основные блоки / силовая электроника

Simscape / Electric / Specialized Power Systems / Power Electronics

Описание

Тиристор представляет собой полупроводниковое устройство, которое может быть включено с помощью стробирующего сигнала .В Модель тиристора моделируется как резистор Рон, индуктор Lon и источник постоянного напряжения. представляющее прямое напряжение Vf, подключенное последовательно с переключателем. Переключатель управляется логическим сигналом, зависящим от напряжения Vak, тока Iak и стробирующего сигнала g.

Блок тиристоров также содержит цепь демпфера RS-CS, которая может быть подключен параллельно тиристорному устройству.

Статическая характеристика VI этой модели показана ниже.

Тиристорное устройство включается при включении анод-катод V _ak напряжение больше Vf и на входе затвора подается положительный импульсный сигнал (g> 0). Высота пульса должна быть больше 0 и длиться достаточно долго, чтобы анодный ток тиристора стал больше, чем ток фиксации Ил .

Тиристор отключается, когда ток, протекающий в устройстве, становится 0 (Iak = 0) и отрицательное напряжение появляется на аноде и катоде в течение, по крайней мере, периода времени, равного к времени выключения Tq.Если напряжение на устройстве становится положительным в течение время меньше, чем Tq, устройство включается автоматически, даже если стробирующий сигнал низкий (g = 0) и анодный ток меньше тока фиксации. Кроме того, если при включении устройство амплитуда тока остается ниже уровня тока фиксации, указанного в диалоговом окне, устройство выключается, когда уровень стробирующего сигнала становится низким (g = 0).

Время выключения Tq представляет собой время восстановления несущей: это интервал времени между момент, когда анодный ток уменьшился до 0, и момент, когда тиристор способен выдерживания положительного напряжения Вак без повторного включения.

Параметры

Модель тиристора и подробная модель тиристора

Для оптимизации скорости моделирования доступны две модели тиристоров: модель тиристора и детальная модель тиристора. Для тиристорной модели ток фиксации Il и время восстановления Tq предполагается равным 0 .

Сопротивление Ron

Внутреннее сопротивление тиристора Ron в Ом (Ом). По умолчанию 0.001 . Параметр Resistance Ron не может быть установлен на 0 , когда установлен параметр Inductance Lon на номер 0 .

Индуктивность Lon

Внутренняя индуктивность тиристора Lon в генри (H). По умолчанию: 0 для тиристорных блоков и 1e – 3 для подробных Тиристорные блоки. Параметр Inductance Lon обычно устанавливается до 0 , кроме случая, когда установлен параметр Сопротивление Рон на номер 0 .

Прямое напряжение Vf

Прямое напряжение тиристора в вольтах (В). По умолчанию 0,8 .

Начальный ток Ic

Когда параметр Inductance Lon больше, чем 0 , можно указать начальный ток, протекающий в тиристоре. это обычно устанавливается на 0 , чтобы начать моделирование с заблокированным тиристором. По умолчанию 0 .

Вы можете указать значение Начальный ток Ic , соответствующее конкретное состояние цепи. В этом случае необходимо установить все состояния линейной цепи. соответственно. Инициализация всех состояний силового электронного преобразователя — сложная задача. Поэтому этот вариант полезен только с простыми схемами.

Сопротивление демпфера Rs

Сопротивление демпфера в Ом (Ом). По умолчанию 500 . Установить Сопротивление демпфера Rs параметр до inf для устранения демпфер от модели.

Емкость демпфера Cs

Емкость демпфера в фарадах (F). По умолчанию: 250e-9 . Установить Демпферная емкость Cs параметр до 0 для устранения демпфер или к inf , чтобы получить резистивный демпфер.

Показать порт измерения

Если выбрано, добавьте выход Simulink ^® к блоку, возвращающему ток и напряжение тиристора.По умолчанию выбрано.

Ток фиксации Il

Ток фиксации детализированной модели тиристора в амперах (A). По умолчанию 0,1 . Этот параметр специфичен для детального тиристора. блоки.

Время выключения Tq

Время выключения Tq подробной модели тиристора в секундах (с). По умолчанию 100e – 6 . Этот параметр специфичен для детального тиристора. блоки.

Входы и выходы

g

Сигнал Simulink для управления затвором тиристора.

m

Выход Simulink блока — это вектор, содержащий два сигнала. Вы можете демультиплексировать эти сигналы с помощью блока Bus Selector, предоставленного в библиотеке Simulink.

Сигнал	Определение	Ед.	Напряжение тиристора	В

Допущения и ограничения

Блок Thyristor реализует макромодель реального тиристора.Не принимает во внимание учитывать либо геометрию устройства, либо сложные физические процессы, моделирующие его поведение устройства [1, 2]. Напряжение прямого переключения и критическое значение производной от повторно приложенное анодно-катодное напряжение не учитывается в модели.

В зависимости от значения индуктивности Lon, тиристорный блок моделируется либо как источник тока (Lon> 0) или в виде схемы с переменной топологией (Lon = 0). Блок тиристоров нельзя подключать последовательно с катушкой индуктивности, источником тока или разомкнутой цепью, если только это не демпферная цепь используется.

Индуктивность Lon принудительно устанавливается на 0, если вы выбираете дискретизацию своей схемы.

Примеры

В power_thyristor Например, одноимпульсный тиристорный выпрямитель используется для питания нагрузки RL. Импульсы затвора полученные от генератора импульсов, синхронизированного по напряжению источника. Следующие параметры: используемый:

Блок :

Рон

0.001 Ом

Lon

0 H

Vf

Rs

20 Ом

Cs

4e-6 F

импульсный генератор изменяемый по углу возбуждения 9 источник.Запустить моделирование и наблюдение за током нагрузки и напряжением нагрузки, а также за током тиристора и Напряжение.

Ссылки

[1] Раджагопалан В., Компьютерный анализ мощности Electronic Systems , Marcel Dekker, Inc., New York, 1987.

[2] Mohan, N., T.M. Унделанд и В. Роббинс, Пауэр Электроника: преобразователи, приложения и дизайн , John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк, 1995.

Представлен до R2006a

Thyristor Gate Firing Networks

Для безопасного и надежного зажигания сигнал зажигания затвора должен быть установлен в области, ограниченной заштрихованными линиями, как показано на рисунке ниже.

Схема сети запуска затвора

Сеть запуска состоит из трансформатора для изоляции резистора R1 для ограничения тока затвора и резистора R2 для ограничения напряжения затвора. Когда тиристор находится в выключенном состоянии.

Схема эквивалента Тевенина для сети розжига.

Применение KVL в указанной выше схеме

E = I _G R _G + V _G

Следовательно, линия нагрузки может быть изображена как

Когда инициируется пусковой сигнал, ток затвора будет расти вдоль линии характеристики до тех пор, пока не будет достигнута точка устойчивого состояния «P».Однако до этого момента тиристор должен включиться, скорее всего, в районе точки «А».

Параметры огневой сети должны быть выбраны таким образом, чтобы линия нагрузки находилась выше точки «А», но в пределах максимальной мощности.

Требования к схемам зажигания

Для положительного включения тиристора за кратчайшее время желательно иметь ток затвора с быстрым нарастанием до максимально допустимого значения. Это время нарастания лучше всего достигается импульсными методами, при которых схема зажигания генерирует быстро нарастающий импульс достаточной длины, чтобы анодный ток успел достичь своего фиксирующего значения.

Преимущества использования импульсных сигналов

1. Преимущество импульса состоит в том, что затвор рассеивается гораздо меньше энергии по сравнению с постоянным током.
2. Момент стрельбы можно точно контролировать.

Важным требованием к цепи зажигания в системе питания переменного тока является включение тиристора в момент, связанный с фазой напряжения переменного тока. Кроме того, фаза пускового импульса по отношению к нулю напряжения питания переменного тока должна изменяться.

Типовая характеристика выходного импульса цепи зажигания

Длительность импульса 10 мкс с нарастанием до 2 В за 1 мкс может быть достаточной для многих приложений. Для некоторых приложений может потребоваться длительность импульса 100 мкс.

Цепь зажигания обычно перезагружается после первого импульса, чтобы дать последовательность импульсов до конца полупериода, как показано на рисунке 2. В схеме выпрямителя условия могут быть неподходящими для того, чтобы проводимость имела место на первом импульсе, а второй и последующие импульсы были доступны для включения тиристора.

Многие конфигурации выпрямителей требуют одновременного срабатывания двух тиристоров, катоды которых находятся под разными потенциалами, чтобы преодолеть эту проблему, конечной ступенью запуска будет трансформатор с двумя или более изолированными выходами.

Подача тока затвора при обратном смещении тиристора увеличивает ток утечки, и этого лучше избегать.

Типовые схемы зажигания

Схема необработанного горения

На приведенном выше рисунке показана схема необработанного горения.Его цель — управлять напряжением нагрузки в соответствии с формой волны, как показано ниже.

Ток затвора равен

.

i _г = V _{питание} / R

Когда синусоидальное напряжение возрастает от нуля, ток затвора в конечном итоге достигнет такого уровня, чтобы включить тиристор, это происходит под углом (скажем) «α».

Ограничение порядка сжигания сырой нефти

Схема, показанная на рис. A, имеет много ограничений, и из-за этих ограничений она практически не используется, эти ограничения следующие:

1. Угол включения будет изменяться от цикла к циклу, поскольку в тиристоре происходят изменения температуры и другие изменения.
2. Включение будет отображаться и не может произойти при напряжении, близком к нулю.
3. Угол открытия «α» не может превышать 90 ^o .

Практическая схема включения с использованием транзистора

Практические схемы запуска используют переключающее действие транзистора для генерации запускающего импульса.

Простая схема включения с использованием транзистора

Простая схема включения с использованием транзистора

Диод D1 выпрямляет синусоидальный входной сигнал в пульсирующий D.С.

Стабилитрон «Z» ограничивает пики пульсирующего напряжения постоянного тока для подачи напряжения уровня в последовательную цепь R1C1.

Резистор R2 уменьшает разницу между напряжением питания и стабилитроном.

рабочая

Опорное напряжение на базе транзистора определяется цепочкой резисторов S. Первоначально при нулевом напряжении на C1 транзистор удерживается, но когда напряжение на C1 на эмиттере достигает достаточно высокого уровня, транзистор начинает проводить.Действие обратной связи через обмотку трансформатора увеличивает базовый ток, поэтому транзистор сильно включается, быстро разряжая C1 в затвор тиристора через трансформатор.

Практическая схема зажигания с использованием UJT

Простая схема запуска с использованием UJT

Простая схема запуска с использованием однопереходного транзистора

рабочая

Первоначально C1 не заряжается, поэтому UJT выключен или, другими словами, он не позволяет току проходить через него. Когда напряжение на конденсаторе C1 достигает определенного значения, однопереходный транзистор переходит в свое проводящее состояние, позволяя C1 разряжаться в затвор тиристора.Быстрый разряд C1 приводит к быстрому нарастанию импульса на затвор тиристора.

Примечание: следует отметить, что в обеих схемах напряжение на конденсаторе C1 будет расти экспоненциально со скоростью, определяемой значением R1. Обе схемы включения транзистора будут сброшены после разряда C1, накапливаясь, чтобы дать второй и последующие импульсы.

Регулировка угла обстрела

В нулевой точке цикла подачи переменного тока контур полностью разряжен; следовательно, начальный рост напряжения на C1 отсчитывается от нуля питания.Регулируя R1, можно контролировать время первого выходного импульса с задержкой до 180o в форме волны.

Цепи зажигания для сложных систем

Более сложные схемы зажигания содержат намного больше ступеней в своих электронных схемах. Такие схемы могут, например, полагаться на взаимосвязь между линейным напряжением и внешним управляющим напряжением, чтобы точно инициировать, в одно и то же время в каждом цикле, запуск генератора импульсов.

Система обжига для сложных систем

Для приложений, отличных от тех, которые связаны с источником питания с фиксированной частотой, цепи запуска включают в себя генераторы для инициирования начала и окончания импульса.

Элементы управления сложной цепи зажигания

Более сложные системы, использующие тиристоры в качестве элементов управления мощностью, будут включать

• Замкнутые звенья
• Многофазное питание
• Автоматический контроль уровня тока или крутящего момента двигателя.
• Блокирующие петли для предотвращения неправильной работы из-за одновременного срабатывания различных групп.

---

[PDF] Системы возбуждения для синхронных генераторов большой мощности с

Скачать Системы возбуждения для синхронных генераторов большой мощности с…

7. КОНФЕРЕНКА СЛОВЕНСКИХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКОВ — Веленье 2005 CIGRE ŠK A1 — 10

Системы возбуждения для синхронных генераторов большой мощности с резервированными конфигурациями Звонимир Юрин, Блаженка Бркляч, Марин Колич КОНЧАР, электронная почта — Электронная почта и электронная почта Хорватии, 22 охраняется] тел. 00385 1 365 5768

Mladen Kajari, Vinko esić, KONČAR — Institut za elektrotehniku ​​Fallerovo šetalište 22, Zagreb, Croatia E-mail: [email protected] тел. 00385 1 365 5301 В статье представлены решения системы возбуждения синхронного генератора с тиристорным преобразователем, цифровым регулятором напряжения и аппаратурой полевого разряда. Особое внимание уделяется достижению повышенной надежности и доступности за счет применения резервных конфигураций.Показаны система возбуждения с тиристорным преобразователем в трехфазном полностью управляемом мостовом соединении и конфигурации 1 + 1, двухканальный цифровой регулятор напряжения и оборудование полевого разряда для больших и важных генераторов при параллельной работе. Полевые результаты подтверждают предусмотренные проектом характеристики и качество представленного решения.

I. ВВЕДЕНИЕ Для достижения высокой готовности синхронных генераторов для производства электроэнергии необходимо уделять внимание повышению доступности всех подсистем генератора, в том числе системы возбуждения синхронного генератора, в течение очень длительного срока службы.Требования к наличию системы возбуждения, помимо ее технических функций, всегда были высокими, и улучшения все еще продолжаются. Система возбуждения состоит из возбудителя (источника питания возбуждения) и регулятора напряжения. В статье обсуждаются решения тиристорного выпрямительного возбудителя и цифрового стабилизатора напряжения с целью достижения надежных и резервированных конфигураций с повышенной доступностью при работе синхронных генераторов.

валогенератор напряжения и статический тиристорный выпрямитель.Возбудитель с управляемым выпрямителем с комбинированным источником, который использует потенциал и ток синхронных генераторов в качестве источника питания возбуждения, вместе с тиристорным выпрямителем также используется для специальных целей. Актуальным и наиболее распространенным в мире решением системы возбуждения синхронных генераторов большой мощности являются возбудители с тиристорным выпрямителем с потенциальным источником и цифровым регулятором напряжения. Основной подход к достижению высокой надежности и доступности — это применение соответствующих рейтингов для компонентов и использование компонентов высокого качества.Чтобы избежать производственных сбоев, необходимо проводить комплексные испытания во время и после производства и ввод в эксплуатацию. Кроме того, невозможно гарантировать отсутствие отказа.

Реальное решение системы возбуждения состоит из большого количества электрических, электронных и механических компонентов и программных продуктов, работающих вместе в тяжелых технических условиях. Основные технические требования к окружающей среде — это экстремальные рабочие температуры и температуры хранения, их отклонения и скорость изменения в сочетании с влажностью, пылью и масляными парами, вибрациями и ударными деформациями и электромагнитными помехами.Требования к источнику питания возбуждения зависят от характеристик машины и ее роли в энергосистеме. Есть источник напряжения и управляемый возбудитель выпрямителя (статическая система возбуждения), система возбуждения выпрямителя с питанием от генератора (бесщеточная система возбуждения), которые используют механическую энергию на валу генератора и вспомогательную постоянную

Рис. 1: Блок-схема статической системы возбуждения с тиристором преобразователь в конфигурации 1 + 1, двухканальный цифровой регулятор напряжения и разрядная аппаратура

A1 — 55

7.KONFERENCA SLOVENSKIH ELEKTROENERGETIKOV — Velenje 2005 CIGRE ŠK A1 — 10

Для минимизации рисков выхода из строя системы возбуждения синхронных генераторов и остановки производства генератора применяется аппаратное и программное резервирование: 1.

Тиристорный преобразователь конфигурации n-1 и 1 +1,

2.

Двухканальный цифровой регулятор напряжения

3.

Полевое разрядное оборудование и защита от полевого перенапряжения

значительное нарушение работы генератора.Преобразователи имеют резервные вентиляторы охлаждения.

Блок-схема статической системы возбуждения с тиристорным преобразователем в конфигурации 1 + 1, двухканальным цифровым регулятором напряжения и разрядным оборудованием представлена ​​на рис. 1.

II. КОНФИГУРАЦИИ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ N-1 И 1 + 1 Стандартным решением тиристорного преобразователя системы возбуждения является трехфазный мостовой преобразователь с 1 последовательно включенными тиристорами и n тиристорами параллельно на каждое плечо моста. Быстрый предохранитель включен последовательно с каждым тиристором, рис 2.Число параллельных тиристоров на плечо n> 3, чтобы обеспечить селективность защиты плавкими предохранителями. Номинальные значения тока тиристора таковы, что n-1 тиристор на плечо способен выдерживать все статические и переходные характеристики, а один дополнительный тиристор на плечо используется из соображений безопасности. Преобразователь имеет резервные вентиляторы.

Рис. 3. Тиристорный преобразователь в конфигурации 1 + 1. Поведение генератора и напряжения возбуждения после имитации отказа на одном тиристоре в действующем тиристорном мосте показано на рис.4. Переход на второй мост осуществляется в приложении. 50 мс.

Рис. 2. Тиристорный преобразователь в конфигурации n-1 В настоящее время применяется конфигурация тиристорного преобразователя 1 + 1 (рис. 3), поскольку теперь доступны тиристоры с высокими номинальными характеристиками. Эта конфигурация состоит из двух равных трехфазных мостовых преобразователей с 1 последовательно включенным тиристором и 1 параллельно включенным тиристором на каждое плечо моста. Быстрый предохранитель включен последовательно с каждым тиристором. Каждый мост рассчитан на то, чтобы выдерживать все номинальные значения статического и переходного возбуждения генератора.Один мостовой преобразователь работает, а другой находится в горячем резерве. Переменный ток мостов контролируется, и в случае отказа тиристора переключение происходит с использованием тиристора свободного хода без какого-либо

Рис. 4. Переключение моста 1 преобразователя возбуждения на мост 2 в конфигурации 1 + 1 с параллельным генератором подключение к сети

A1 — 56

7. КОНФЕРЕНЦА СЛОВЕНСКИХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКОВ — Веленье 2005 СИГРЭ ШК А1 — 10

III. ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ Одноканальный цифровой регулятор напряжения по сравнению с аналоговым регулятором напряжения предлагает множество преимуществ, таких как: •

• • • • •

Выполнение сложных функций управления, защиты, надзора и логического и последовательного управления , Короткое время отклика, долговременная стабильность, функции самоконтроля, меньшее разнообразие аппаратных модулей, цифровая стандартизованная связь с наложенной системой управления.

Двухканальный цифровой регулятор напряжения — это решение, в котором два идентичных цифровых регулятора напряжения работают параллельно в конфигурации горячего резервирования. Каждый из двух каналов имеет одинаковые входные сигналы и выполняет одну и ту же прикладную программу. Каждый канал имеет полную структуру с автоматическим и ручным регулированием напряжения, регулировкой реактивной мощности, ограничителями, защищающими генератор от отключения, диаграммой характеристик генератора, составной функцией, функциями ограничителя В / Гц и стабилизатора энергосистемы (PSS).Каждый канал управляет обоими тиристорными мостами. Комплексная программа мониторинга контролирует работу обоих регуляторов, и в случае обнаружения неисправности или исключения выполняется переключение на исправный канал без нарушения нормальной работы генератора.

Переключение между каналами двухканального цифрового регулятора напряжения после моделирования нарушения в рабочем канале показано на рисунке 5. IV. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛЕВЫХ РАЗРЯДОВ И ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Существует два основных решения оборудования для разрядки поля генератора: первое, которое включает в себя полевой выключатель постоянного тока с разрядным контактом, резистор нелинейного разряда и отдельную схему для защиты от перенапряжения, и второе, которое включает автоматический выключатель переменного тока с общим контактом. схема защиты от разряда и перенапряжения.Кроме того, существует штатная процедура снятия возбуждения генератора, перевода тиристорного возбудителя в инверторный режим работы. В классических решениях разрядной аппаратуры тиристорный преобразователь подключается к обмотке возбуждения синхронной машины через выключатель постоянного тока снятия возбуждения с разрядным контактом и разрядным резистором, рис. 6. При возникновении мгновенного электрического замыкания в синхронной машине или на внешних объектах, появится ток короткого замыкания, и поле должно быть подавлено как можно быстрее, чтобы ограничить повреждение, вызванное током короткого замыкания.Также необходимо обеспечить безопасное снятие возбуждения в случае неисправности в цепи управления возбудителем, вызывающей сильное перевозбуждение. Зависимый от напряжения или линейный разрядный резистор используется для быстрого подавления поля относительно максимально допустимого напряжения на обмотке возбуждения и выключателе возбуждения. Цель защиты от перенапряжения ротора — предотвратить воздействие на поле машины и тиристорный преобразователь чрезмерных перенапряжений, индуцированных в поле машины с возбуждением выпрямителя, которые могут возникнуть во время определенных переходных состояний, таких как неправильная синхронизация, потеря синхронизма и асинхронная работа. .Основная схема защиты от перенапряжения состоит из последовательно включенных тиристора (лома) и резистора. Управление тиристорами осуществляется блоком срабатывания датчика перенапряжения с элементами БПК. Когда напряжение превышает заданный уровень защиты, тиристор включается и проводит ток, вызванный перенапряжением. Последовательный резистор предназначен для ограничения тока в цепях защиты. С другой стороны, резистор должен быть сконструирован таким образом, чтобы падение напряжения, вызванное наибольшим индуцированным током возбуждения, протекающим через резистор, не превышало уровня защиты.Реле максимального тока контролирует защиту и выдает импульс отключения при срабатывании защиты.

Рис. 5. Переключение канала 1 на канал 2 с генератором, работающим параллельно с сетью

При использовании тиристорного преобразователя в конфигурации 1 + 1 тиристор с обратным ходом используется для короткого замыкания обмотки возбуждения при аварийном переключении между мостами. при больших токах.

A1 — 57

7. КОНФЕРЕНЦА СЛОВЕНСКИХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКОВ — Веленье 2005 СИГРЭ ШК А1 — 10

Рис.6 Разрядное оборудование с полевым выключателем постоянного тока и отдельной схемой для защиты ротора от перенапряжения На рис. 6 показано обычное и наиболее подходящее решение для полевого выключателя и защиты от перенапряжения. Достоинствами этого решения являются полностью независимая схема защиты от перенапряжения и полевой автоматический выключатель, который отделяет возбуждение генератора на обоих полюсах от тиристорного выпрямителя. В случае отказа полевого выключателя или резистора нелинейного выключения возбуждения защита ротора от перенапряжения может действовать как резервное выключение возбуждения.Обычно полевой выключатель постоянного тока имеет две катушки для отключения, которые вместе с контролем цепей отключения обеспечивают очень надежное решение. Альтернативным решением разрядного оборудования является установка тиристоров от защиты от перенапряжения тиристоров (лом) и выключателя переменного тока на первичной обмотке титисторного выпрямителя. Рис. 7. Снятие возбуждения осуществляется отключением выключателя переменного тока, что вызывает перенапряжение во включенном состоянии. обмотка возбуждения генератора. Это перенапряжение активирует защиту от перенапряжения (лом), снижает перенапряжение и выводит из возбуждения генератор.В этом случае для снятия возбуждения и для защиты от перенапряжения в цепи возбуждения используется один и тот же резистор, а в случае его выхода из строя резервная цепь снятия возбуждения для предотвращения повреждения обмотки ротора отсутствует.

Рис. 8 Разрядка генератора полевым выключателем постоянного тока и резистором нелинейного разряда. Испытания на объекте проводятся на системе возбуждения типа SEM 11E, поставленной и введенной в эксплуатацию для двух блоков ГЭС Вараждин. Данные генератора и системы возбуждения приведены в таблице 1.Это потенциальный источник возбудителя тиристорного выпрямителя (система статического возбуждения), питаемый от клемм генератора. Он управляется двухканальным цифровым контроллером напряжения с отдельным оборудованием для каждого канала. Каждый канал цифрового регулятора напряжения включает в себя регулятор напряжения генератора (AVR), регулятор тока возбуждения (SR), систему импульсов запуска и последующее управление между основным и резервным контроллерами, а также между режимами AVR и SR для каждого канала. Мощность возбуждения обеспечивается: трехфазным полностью управляемым (6-импульсным), с воздушным принудительным охлаждением, тиристорным преобразователем в конфигурации 1 + 1, с одним тиристором на ветвь и двумя параллельными мостами преобразователя.Один тиристорный мост находится в режиме ожидания и заблокирован. ТАБЛИЦА I ДАННЫЕ ГЕНЕРАТОРА И СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ Номинальная мощность Номинальное напряжение Коэффициент мощности Скорость

Рис. Единица A Единица B 53,5 50 10,5

10,5

0,85

0,85

125

125

50 2920 890

50 2740 940

Частота Номинальный ток Номинальный ток возбуждения

9000 Гц 95 In5

Номинальное напряжение возбуждения

UfN

В

210

220

Номинальный ток возбудителя

IEN

A

1250

1250

000

000

000

000

000

000

000

000

000

000

A1 — 58

7.КОНФЕРЕНЦА СЛОВЕНСКИХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКОВ — Веленье 2005 CIGRE ŠK A1 — 10

В. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Представленная система возбуждения с резервной конфигурацией с тиристорным преобразователем в составе трехфазных тиристорных мостов 1 + 1, классическое разрядное оборудование с автоматическим выключателем и отдельной цепью для перенапряжения. Защита по напряжению и двухканальный регулятор напряжения на базе микропроцессора подходят для больших и важных синхронных машин, работающих параллельно. Система возбуждения отличается повышенной безопасностью, надежностью и доступностью благодаря встроенному резервированию.Полевые результаты подтвердили эксплуатационные характеристики и качества представленной стратегии. СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ [1] З. Юрин, М. Колич, М. Каяри, В. Чесич: Конфигурация с резервированием в системе возбуждения синхронного генератора. Гидроконференция, Дубровник, 2003. [2] С. Мариян, М. Каяри, Н. Перич: Управление на основе микропроцессоров Система для электрических машин, Труды 8-й Международной конференции по электроприводам и силовой электронике, EDPE’94, Пула, Хорватия, стр. 203–209, сентябрь 1994 г. [3] Младен Каяри, Синиша Мариян, Винко Чесич, Неджелько Перич: Digital Управление системой возбуждения синхронного генератора, Труды 8-й Международной конференции по электроприводам и силовой электронике, EDPE’94, Пула, Хорватия, стр. 203-209, сентябрь 1994 г.[4] Н. Перич, С. Мариян, М. Каяри: Микропроцессорная система управления для управления электрическими машинами и процессами. 6-я Европейская конференция по силовой электронике и приложениям, EPE’95, Севилья, стр (2546-2550) [5] С. Мариян, М. Каяри, Н. Перич: Микропроцессорная система управления для электрических машин, Автоматика 1-2 / 1995, Загреб, стр (19-26). [6] В. Чесич, М. Каяри, С. Мариян, З. Юрин, М. Колич: Система возбуждения с микропроцессорным двухканальным регулятором напряжения для синхронных машин, EPE-PEMC 2002.Dubrovnik & Cavtat,

A1 — 59

7. КОНФЕРЕНКА СЛОВЕНСКИХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКОВ — Веленье 2005 СИГРЭ ШК A1 — 10

A1 — 60

Учебное пособие (блок питания системы)

Учебное пособие (блок питания системы)

Блок питания системы питания

Сессия 4: Знакомство с силовой электроникой

На этом занятии вы:

• Узнайте, как использовать силовые электронные компоненты
• Узнайте, как использовать трансформаторы
• Изменить начальные условия схемы

Набор блоков Power System был разработан для моделирования силовых электронных устройств.На этом занятии вы построите простую схему с использованием тиристоров.

Рассмотрим схему, показанную на рисунке 1-8. Он представляет собой одну фазу статического компенсатора реактивной мощности (SVC), используемого в сети передачи 735 кВ. На вторичной обмотке трансформатора 735 кВ / 16 кВ параллельно подключены две ветви с переменной проводимостью: одна ветвь с тиристорным управляемым реактором (TCR) и одна ветвь с тиристорным переключаемым конденсатором (TSC).

Рисунок 1-8: Одна фаза статического компенсатора реактивной мощности TCR / TSC

Обе ветви TCR и TSC управляются клапаном, состоящим из двух тиристорных цепочек, соединенных антипараллельно.Цепь демпфера RC подключена к каждому клапану. Ветвь TSC включается / выключается, обеспечивая дискретное ступенчатое изменение емкостного тока SVC. Ветвь TCR управляется фазой, чтобы получить непрерывное изменение чистого реактивного тока SVC.

Теперь вы построите две схемы, иллюстрирующие работу TCR и ответвлений TSC.

Моделирование ответвления TCR

1. Откройте новое окно и сохраните его как circuit3 .
2. Откройте библиотеку силовой электроники и скопируйте блок тиристора в свою модель схемы 3 .
3. Откройте меню Thyristor и установите следующие параметры:

(Ron = 1e-3; Lon = 0; Vf = 14 * 0,8; Rs = 500; Cs = 0,15e-6) .

Обратите внимание, что демпферная цепь является неотъемлемой частью диалогового окна Thyristor .

4. Переименуйте этот блок Th2 и продублируйте его.
5. Подключите этот новый тиристор Th3 антипараллельно с Th2, как показано на Рисунке 1-9.

Поскольку демпферная цепь уже была определена с Th2, демпфер Th3 должен быть удален.

6. Откройте диалоговое окно Th3 и установите параметры демпфера на Rs = Inf; Cs = 0 .

Обратите внимание, что демпфер исчезает на значке Th3.

Линейный преобразователь находится в библиотеке Elements . Скопируйте его, переименуйте в TrA и откройте его диалоговое окно.Установите его номинальную мощность, частоту и параметры обмотки ( обмотка 1 = первичная; обмотка 2 = вторичная ), как показано на Рисунке 1-8.

Обратите внимание, что реактивное сопротивление утечки и сопротивление каждой обмотки необходимо указывать непосредственно в единицах величин. Поскольку нет третичной обмотки, введите 0 в поле, соответствующее обмотке 3. Обратите внимание, что обмотка 3 исчезает на блоке TrA.

Наконец, установите параметры намагничивающей ветви Rm и Xm на [500, 500] .Эти значения соответствуют 0,2% резистивному и индуктивному токам, как показано на Рисунке 1-8.

Добавьте источник напряжения, последовательные элементы RL и заземляющий блок. Установите параметры, как показано на рисунке 1-8. Добавьте измерение тока, чтобы измерить первичный ток. Используя соответствующие разъемы, вы сможете соединить цепь, как показано на Рисунке 1-9.

Обратите внимание, что тиристорные блоки имеют выход, обозначенный буквой m . Этот выход возвращает векторизованный сигнал Simulink, содержащий ток (Iak) и напряжение (Vak) тиристора.Подключите блок демультиплексора с двумя выходами к выходу m Th2. Затем подключите два выхода мультиплексора к двойному осциллографу, который вы переименуете в Scope_Th2 . (Чтобы создать второй вход для вашего осциллографа, в меню Scope properties / General установите количество осей равным 2). Найдите две соединительные линии Ith2 и Vth2 . Эти идентификаторы будут автоматически отображаться в верхней части каждой кривой.

Рисунок 1-9: Моделирование ветви TCR

Теперь вы можете смоделировать генераторы синхронизированных импульсов с тиристорами Th2 и Th3.Скопируйте два генератора импульсов Simulink в свою систему, назовите их Pulse1 и Pulse2 и подключите их к воротам Th2 и Th3.

Теперь вам нужно определить синхронизацию импульсов Th2 и Th3. В каждом цикле импульс должен быть послан на каждую ступень тиристора после перехода через нуль напряжения коммутации тиристора. Установите параметры pulse1 и pulse2 следующим образом:

 Период: 1/60 с
Рабочий цикл: 1% (импульсы 3,6 градуса)
Амплитуда: 1
Время начала: 1/60 + T для Pulse1; 1/60 + 1/120 + T для Pulse2
 

Импульсы, отправленные на Th2, задерживаются на 180 градусов по сравнению с импульсами, отправленными на Th3.Задержка T используется для определения угла стрельбы. Чтобы получить угол стрельбы 120 градусов, укажите T в рабочем пространстве, набрав:

 Т = 1/60/3;
 

Теперь откройте меню Simulation / Parameters . Выберите алгоритм интеграции ode23tb . Оставьте параметры по умолчанию, но установите относительный допуск на 1e-4 и время остановки на 0,1 . Запустите симуляцию. Результаты показаны на Рисунке 1-10.

Примечание Вы также можете дискретизировать свою систему.Попробуйте например 50 мкс время выборки. Результаты моделирования должны хорошо сравниваться с непрерывным система.

Рисунок 1-10: Результаты моделирования TCR

Моделирование ветви TSC

Теперь вы можете изменить свою систему circuit3 и изменить ветвь TCR на ветвь TSC. Сохраните circuit3 как новую систему и назовите ее circuit4 .

Подключите конденсатор последовательно с индуктором RL и клапаном Th2 / Th3, как показано на Рисунке 1-11.Измените параметры R , L и C , как показано на рисунке 1-8. Подключите вольтметр и осциллограф, чтобы контролировать напряжение на конденсаторе.

В отличие от ветви TCR, которая запускалась синхронным генератором импульсов, теперь на два тиристора будет подаваться непрерывный сигнал запуска. Удалите два генератора импульсов. Скопируйте блок Step из библиотеки Simulink и подключите его выход к обоим воротам Th2 и Th3. Установите время шага на 1/60/4 (включение при первом положительном пике напряжения источника).Теперь ваша схема должна быть похожа на схему, показанную на рисунке 1-11.

Рисунок 1-11: Моделирование ветви TSC

Откройте три области видимости и запустите моделирование.

Поскольку конденсатор запитан от нуля, вы можете наблюдать переходный процесс с низким демпфированием на частоте 200 Гц, наложенный на составляющую 60 Гц в напряжении конденсатора и первичном токе. Во время нормальной работы TSC на конденсаторе будет начальное напряжение, остающееся после последнего открытия клапана.Чтобы минимизировать переходной процесс замыкания с заряженным конденсатором, тиристоры ветви TSC должны запускаться, когда напряжение источника находится на максимальном значении и с правильной полярностью. Начальное напряжение конденсатора соответствует установившемуся напряжению, полученному при замкнутом тиристорном переключателе. Напряжение конденсатора составляет 17,67 кВ среднеквадратического значения, когда клапан находится в проводящем состоянии. Во время закрытия конденсатор должен быть заряжен при пиковом напряжении:

Теперь вы можете использовать блок Powergui для изменения начального напряжения конденсатора.Откройте powergui . В меню Tools выберите Initial Values ​​of State Variables / Display или Set Initial Conditions . Появится список всех переменных состояния с их начальными значениями по умолчанию. Значение начального напряжения на конденсаторе C (переменная Uc_C) должно быть -0,3141 В. Это напряжение не совсем равно нулю, потому что демпфер позволяет циркулировать небольшой ток, когда оба тиристора заблокированы. Теперь выберите переменную состояния Uc_C и введите 24989 в верхнем правом поле.Затем нажмите кнопку Применить , чтобы это изменение вступило в силу.

Запустите симуляцию. Как и ожидалось, переходная составляющая напряжения и тока конденсатора исчезла. Напряжения, полученные с начальным напряжением и без него, сравниваются на Рисунке 1-12.

Рисунок 1-12: Переходное напряжение конденсатора с начальным зарядом и без него

Дискретизация электрической системы

Сессия 5: Моделирование приводов электродвигателей

Патенты Индии.221635: «УЛУЧШЕННАЯ КОНТРОЛЬНАЯ ЦЕПЬ ДЛЯ ТИРИСТОРНОГО КЛАПАНА ПРЯМОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ (HVDC)»

Полный текст

Изобретение относится к усовершенствованной схеме для двухстороннего испытания тиристорного клапана высокого напряжения постоянного тока (HVDC), используемого в системе передачи. Тиристорный вентиль HVDC состоит из ряда последовательно соединенных тиристоров высокого напряжения и большой мощности. Большинство клапанов, используемых сегодня, имеют воздушную изоляцию, оптоволоконное управление и водяное охлаждение.Тиристорный клапан испытывает сложные напряжения и токи в нормальных и ненормальных условиях эксплуатации. Мы ссылаемся на публикацию — отчет CIGRE WG 14.01 «Напряжение и ток в клапанах HVDC», Electra № 125, июль 1989 г., стр. 57-88. Стандарты IEC-700 «Испытания полупроводниковых клапанов для передачи высокого напряжения постоянного тока» и IEEE-857 «Руководство IEEE по процедурам испытаний для тиристорных клапанов высокого напряжения постоянного тока» относятся к типовым испытаниям и испытаниям промышленных образцов, которые должны проводиться на тиристорных клапанах высокого напряжения постоянного тока.Экономические аспекты создают проблемы при разработке подходящих испытательных схем для испытаний эксплуатационного типа. Тиристорный клапан — ключевой компонент системы передачи HVDC. Подходящие испытательные установки высокого напряжения и большой мощности, необходимые для тиристорных вентилей, создают экономические проблемы. Контрольная схема с обратной связью с функцией понижающего клапана принята как наиболее подходящая испытательная схема для проведения эксплуатационных испытаний тиристорных модулей. Функции защиты, предусмотренные в современной конструкции клапана, включают следующее: (a) Перенапряжение (b) Чрезмерная скорость нарастания напряжения во время нормальной блокировки, а также во время периода восстановления . В некоторых конструкциях клапанов эти защиты предусмотрены в тиристорной электронике, которая размещена на уровне потенциала тиристора, а в некоторых конструкциях она предусмотрена в блоке управления клапаном, который находится под потенциалом земли. В первом случае отдельный тиристор срабатывает принудительно в случае возникновения перенапряжения на нем, а в последнем случае общий клапан принудительно запускается в случае, если на одном или нескольких уровнях тиристора возникает перенапряжение. Индивидуальная тиристорная защита лучше, потому что она покрывает состояние перенапряжения, возникающее из-за отказа системы запуска.Чтобы обеспечить более высокую доступность клапана, конструкция клапана учитывает напряжения напряжения, возникающие на затронутом уровне тиристора из-за обрыва напряжения при срабатывании триггера, и компоненты уровня рассчитываются таким образом, чтобы работа могла продолжаться до следующего планового обслуживания. Наиболее приемлемой является шестиимпульсная мостовая схема «спина к спине». Существуют недостатки, связанные с существующей системой соединенных спиной шестиимпульсных мостовых схем для испытания высоковольтного тиристорного клапана постоянного тока. Основным недостатком является то, что функции клапана уменьшения масштаба используются в плече шести импульсных мостов схемы обратного тестирования . Поскольку функция клапана использует уменьшенное количество уровней тиристоров, параметры тестовой схемы должны быть уменьшены пропорционально отношению количества устройств в тестовой цепи к фактическому количеству устройств в рабочем состоянии. Однако это масштабирование не применимо, когда уровень тиристора принудительно запускается местной защитой от перенапряжения. Таким образом, основная цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить улучшенную схему взаимного тестирования для тиристорного клапана HVDC, которая не требует большого количества тиристоров в функции клапана тестовой цепи для получения напряжений, близких к условиям эксплуатации и Избегайте неэкономичной испытательной станции с большим рейтингом. Другой целью настоящего изобретения является создание улучшенной схемы взаимного тестирования для тиристорного клапана HVDC, в которой используется импульсный генератор для имитации требуемых напряжений, а также проще и дешевле установить схему импульсного генератора. Еще одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить усовершенствованную схему взаимного тестирования для тиристорного клапана HVDC, которая является прямой и не требует изменения параметров схемы при традиционной установке. Другой целью настоящего изобретения является создание улучшенной схемы взаимного тестирования для тиристорного клапана HVDC, в которой параметры генератора могут быть отрегулированы до требуемой формы импульса, и такая же схема генератора импульсов может использоваться с подходящим компонентом схемы. параметры для проведения испытания импульсным переключением в период восстановления. В соответствии с настоящим изобретением предлагается усовершенствованная схема встречного испытания для тиристорного клапана постоянного тока высокого напряжения (HVDC), содержащая шестиимпульсную встречно-встречную испытательную схему, имеющую шестиристорный клапан уровня, подключенный к преобразовательному трансформатору. прием энергии от генератора, упомянутый клапан подключен к v.iive для короткого замыкания через два параллельных сглаживающих реактора; упомянутый клапан для испытания на короткое замыкание подключен к преобразовательному трансформатору, получающему питание от упомянутого генератора через токоограничивающий реактор, отличающийся тем, что генератор импульсов. подключен для прерывания напряжения по срабатыванию до уровня, близкого к заземлению в одном из клапанов нижней коммутационной группы, указанная схема генератора импульсов содержит трансформатор, подключенный к диоду, тиристору и индуктивности последовательно с конденсатором, подключенным параллельно между сказал диод и тиристор. Сущность изобретения, его цель и дополнительные преимущества, лежащие в его основе, будут очевидны из следующего описания, сделанного со ссылкой на неограничивающие примерные варианты осуществления изобретения, представленные на прилагаемых чертежах. На рис. 1 показана схема для шестиимпульсного последовательного тестирования в соответствии с предшествующим уровнем техники. На рис. 2а графически показан обрыв напряжения при срабатывании в выпрямительном режиме. На рис. 2b графически показан обрыв напряжения при срабатывании в режиме инвертора На рис. 3а графически показан ток тиристора На рис. 3b графически показан ток демпфера На рис. 3с графически показано напряжение на демпфирующем конденсаторе На рис. 3d графически показаны потери энергии на демпфирующем конденсаторе На рис. трехфазная мостовая испытательная схема На фиг. 5 графически показано моделирование VBO в традиционной схеме с обратной связью На фиг. 6 показана модифицированная схема для шестиимпульсной проверки с обратной связью согласно изобретению. На фиг.7 показаны детали схемы генератора импульсов в соответствии с изобретением, которая будет использоваться во время эксплуатационных испытаний для имитации срабатывания VBO Краткое изложение настоящего изобретения В настоящее время испытания рабочего типа выполняются на тиристорных модулях для проверки конструкции клапан относительно его работа в нормальных и неисправных условиях. Следующие ниже тесты обычно проводятся в соответствии со стандартами IEC 700 и IEEE-857 (i) Тепловой прогон, периодический обжиг и испытание на гашение и испытание на повышение температуры . (ii) Испытание минимального напряжения переменного тока (iii) Испытание прерывистым постоянным током (iv) Испытание на короткое замыкание с последующим напряжением блокировки (v) Испытание на короткое замыкание без последующего напряжения блокировки (vi) Испытание импульсным переключением во время периода восстановления. Мостовые схемы или синтетические испытательные схемы используются для выполнения вышеуказанных испытаний. Мостовые схемы бывают двух типов. Одна схема состоит из двух шестиимпульсных мостов, соединенных через сглаживающий реактор, где один мост работает в режиме выпрямителя, а другой — в режиме инвертора. Используемая в настоящее время шестиимпульсная схема (1) встречно-ответной передачи показана на рисунке 1. Схема включает источник питания от генератора переменного тока (3) с фильтром переменного тока (4), подключенным к земле (10), и подает питание на клапан (7) и клапан для испытания на короткое замыкание (8) через токоограничивающий реактор (5) и два преобразовательных трансформатора (6), каждый для клапана (7) и клапана для испытания на короткое замыкание (8) соответственно. Два шестиимпульсных стержня соединены через пару сглаживающих реакторов (9) параллельно.s и рисунок 2 (b) в режиме инвертора. На рисунках 3 (a) и 3 (b) показаны ток тиристора и демпфера соответственно в амперах в зависимости от времени (мкс). На рисунке (3c) показано напряжение демпферного конденсатора в кВ в зависимости от времени (мкс), а на рисунке 3 (d) показаны потери энергии в демпфере в единицах энергии (Дж) в зависимости от времени (мкс). Рисунки с 3 (a) по 3 (d) представляют напряжения во время срабатывания VBO в рабочем состоянии. Таким образом, настоящая испытательная схема содержит два шестиимпульсных моста, как на рисунке 1. Другая схема, показанная на рисунке 4, содержит только один шестиимпульсный мост, где одна группа коммутации работает в режиме выпрямителя, а другая — в режиме инвертора.Трехфазная испытательная схема моста, показанная на Рисунке 4, включает генератор (3) для источника питания, подключенный к преобразовательному трансформатору (6) через фильтр переменного тока (4) и токоограничивающий реактор (5). Трансформатор преобразователя (6) подключен к клапану (7a), а клапан для проверки короткого замыкания (8a), а сглаживающий реактор (9) подключен через мост. Моделирование VBO в традиционной схеме с обратной связью графически показано на рисунке 5, который показывает уровень запуска VBO по напряжению (KV) в зависимости от времени (мс). Настоящее изобретение усовершенствованной схемы взаимного тестирования представлено на рисунках 6 и 7. Модифицированная схема шестиимпульсного взаимного тестирования включает в себя тестовую схему, показанную на рисунке 1 известного уровня техники. Усовершенствованием является добавление генератора импульсов для запуска VBO (2). Деталь схемы генератора импульсов (2), используемой во время эксплуатационных испытаний для имитации запуска VBO, показана на рисунке 7. Схема генератора импульсов (2) включает в себя трансформатор (11) соединен с диодом (12) и тиристором (13) последовательно с индуктором (14) и конденсатором (15), включенными параллельно между диодом (12) и тиристором (13).В схеме предусмотрено три резистора (16), как показано на рисунке. Параметры генератора импульсов меняются в зависимости от импеданса клапана. Напряжения во время срабатывания VBO в модифицированной схеме обратного тестирования показаны графически на рисунках 8 (a), 8 (b) и 8 (c). Напряжение и ток тиристора графически показаны на Рисунке 8 (a) с напряжением в (кВ) и током (кА) в зависимости от времени (‘Вт \ -с). Демпфирующий ток показан графически с током в амперах. против времени в с, а потеря энергии демпфера отображается как энергия в джулсах против времени invns. Подробное описание изобретения Предлагаемое изобретение относится к усовершенствованной контрольной схеме с обратным замыканием и оптимизацией, в которой используется импульсный генератор. Предлагаемая испытательная схема моделируется с использованием EMTP, и результаты сравниваются с результатами в условиях эксплуатации. Результаты показывают близкое согласие. Усовершенствованную испытательную схему легко реализовать, и она не требует модификации параметров испытательной установки для моделирования такого ненормального состояния. Тиристорный клапан включается, как только от блока управления клапана поступают импульсы зажигания на последовательно соединенные тиристоры.Сигналы зажигания в виде света передаются по оптоволоконным кабелям от управления клапаном к цепи затвора тиристора. Световой сигнал преобразуется в электрический сигнал, и на соответствующий тиристор выдается импульс затвора. Для тиристоров, управляемых прямым светом, преобразование светового сигнала в электрический сигнал не требуется. Все последовательно соединенные тиристоры в одном клапане могут не включаться одновременно из-за естественного изменения характеристик компонентов схемы затвора и времени задержки включения отдельных тиристоров.Тиристорный уровень, который включается последним, будет испытывать дополнительные напряжения и токи по сравнению со средним тиристором. Такие исследования включения проводятся в справочных материалах G.Karady, T. Gilsig. Расчет перенапряжений при включении в тиристорном клапане HVDC, IEEE Trans.PAS-90, № 6, ноябрь / декабрь 1971 г., стр. .2802-2811. Однако эти напряжения не являются серьезными, поскольку разброс времени включения тиристоров очень мал. Тиристорные клапаны современной конструкции обычно снабжены защитой от перенапряжения, дв / дт и защитой от восстановления.Схема защиты от перенапряжения защищает клапан, когда тиристор не получает нормальный импульс затвора из-за отказа системы запуска. В таких условиях затронутый уровень тиристора будет испытывать высокое напряжение. Затронутый тиристор включается, как только напряжение уровня превышает предварительно определенный уровень VBO, установленный в электронике уровня. 12-импульсная схема HVDC, состоящая из 96 тиристорных уровней на функцию клапана, рассматривается для изучения включения VBO. Эти исследования проводятся как для выпрямителя, так и для инвертора.При нормальной работе среднее напряжение уровня тиристора в момент включения меньше при работе выпрямителя по сравнению с работой инвертора. По этой причине уровень VBO достигается быстрее при работе инвертора, чем при работе выпрямителя, как показано на рис. 2. Напряжения во время срабатывания VBO на компонентах затронутого уровня показаны на рис. 3 для работы выпрямителя. Испытательная схема, содержащая два шестиимпульсных моста, обычно используется и рассматривается в настоящем изобретении.Однако усовершенствованная испытательная схема, предложенная в изобретении, в равной степени применима и для другой мостовой схемы, имеющей только один шестиимпульсный мост. Количество уровней тиристоров, учитываемых на одну функцию клапана в мостовой схеме, невелико из-за ограничения номинальных характеристик испытательной установки и, соответственно, коммутирующее напряжение, индуктивность и сглаживающее реактивное сопротивление уменьшены. Обычная схема проверки «спина к спине», когда зажигание VBO моделируется во время «Периодического испытания зажигания и гашения» без надлежащего изменения параметров установки, вызывает напряжение при включении, сильно отличающееся от условий эксплуатации.На пораженном уровне время, необходимое для достижения уровня VBO, намного больше, а напряжение dv / dt намного меньше. Это поясняется на рис. 5 с учетом 3 уровней тиристоров на функцию клапана по сравнению с 96 в рабочем состоянии для работы выпрямителя. Это указывает на то, что напряжения зажигания VBO не могут быть достигнуты во время эксплуатационных испытаний с использованием существующей мостовой схемы без соответствующих модификаций. Это приводит к вопросу о поддержании адекватных уровней тиристоров для каждой функции клапана во время эксплуатационных испытаний .Требуется более 10 уровней тиристоров для каждой функции клапана или соответствующая модификация испытательной схемы для демонстрации срабатывания VBO. Если уровни тиристоров на функцию клапана меньше 10, необходимо провести дополнительное испытание для имитации срабатывания VBO. Усовершенствованная испытательная схема показана на рис. 6. Запуск VBO моделируется на уровне вблизи земли в одной из функций клапана (7) нижней коммутационной группы, как показано на рис. 6. К этому уровню подключен импульсный генератор (2).Запуск VBO моделируется отключением оптического кабеля от исследуемого тиристорного уровня. В момент подачи команды срабатывания на исследуемую функцию клапана (7) также срабатывает генератор импульсов (2). На рис. 7 показано устройство схемы (2) генератора импульсов. На рис. 8 (a, b и c) показаны напряжения и токи напряжения на уровне срабатывания VBO с улучшенной мостовой схемой. Они сравниваются с напряжениями, оцененными во время полной вентильной и мостовой схемы до внесения изменений в Таблицу — 1. Усовершенствованная испытательная схема, предлагаемая в этом изобретении, проста и не требует изменения параметров схемы традиционной испытательной установки. Требуемые напряжения VBO моделируются с добавлением небольшого импульсного генератора. Устройство не требует большого количества уровней тиристоров , что позволяет избежать неэкономичной испытательной станции с большими номиналами. Наладить схему генератора импульсов проще и дешевле. Параметры генератора можно настроить на необходимую форму импульса.Та же самая схема генератора импульсов может использоваться с соответствующими параметрами компонентов схемы для проведения теста импульсного переключения в период восстановления. ТАБЛИЦА-I СРАВНЕНИЕ ВЫПУСКНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ VBO (Таблица удалена) Изобретение, описанное выше, относится к неограничивающим вариантам осуществления и определено прилагаемой формулой изобретения. МЫ ПРЕТЕНЗИЯ: 1. Усовершенствованная схема двухстороннего испытания для высоковольтного постоянного тока (HVDC) тиристорный клапан , содержащая шестиимпульсную встречно-обратную испытательную схему (1), имеющую шесть тиристорных клапанов уровня ( 7), подключенный к преобразовательному трансформатору (6), получающему мощность от генератора (3), упомянутый клапан (7) подключен к клапану (8) для короткого замыкания через два параллельных сглаживающих реактора (9), упомянутый клапан (8) для Испытание на короткое замыкание — это , подключенный к преобразовательному трансформатору (6), получающему питание от указанного генератора (3), через токоограничивающий реактор (5), отличающийся тем, что импульсный генератор (2) подключен для отключения напряжения при срабатывании до уровня рядом с землей в одном клапана (7) нижней коммутационной группы упомянутая схема генератора импульсов (2) содержит трансформатор (11), соединенный с диодом (12), тиристор (13) и индуктор ( 14) последовательно с конденсатором (15), включенным параллельно между указанными диод (12) и тиристор (13). 2. Усовершенствованная схема проверки по п.1, в которой количество тиристоров на клапан (7, 8) равно трем. 3. Усовершенствованная схема проверки по п.1, в которой напряжение на клапане (7, 8) составляет 10,4 кВ, а соответствующий угол управления составляет 15 кВ, а напряжение зажигания составляет 2,7 кВ с разрывом напряжения выше уровня. 6,5 кВ. 4. Усовершенствованная схема взаимного тестирования по п.3, в которой время до достижения указанного уровня VBO составляет 160 мкс, что близко к значению условия обслуживания, равному 90 мкс. 5. Усовершенствованная схема проверки по п.1, в которой генератор (3) подключен к земле (10) через фильтр переменного тока (4), имеющий конденсатор и резистор . 6. Усовершенствованная контрольная схема по п.1, в которой каждый из резисторов (16) включен последовательно до и после указанного диода (12), указанного тиристора (13) и указанной катушки индуктивности ( 14) цепь последовательно. alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника