9.2. УЗЛЫ КОММУТАЦИИ ОДНООПЕРАЦИОННЫХ ТИРИСТОРОВ

Различают узлы параллельной и последовательной коммутации. В обоих случаях для выключения тирнстора к нему прикладывают обратное напряжение, под действием которого прекращается анодный ток тирнстора и восстанавливаются его запирающие свойства. Источником коммутирующего напряжения обычно является конденсатор, предварительно заряженный с нужной полярностью.

При параллельной коммутации конденсатор через замыкающий ключ подключается либо параллельно силовому тиристору (рис. 9.3, а), либо параллельно нагрузке (рис. 9.3, б) При подключении конденсатора параллельно тиристору напряжение на тиристоре во время коммутации , а напряжение на нагрузке .

Рис. 9.3. Основные способы подключения коммутирующего конденсатора к тиристору

подключении конденсатора параллельно нагрузке анодное напряжение тиристора , а напряжение на нагрузке . В обоих случаях напряжение на нагрузке зависит от напряжения на конденсаторе, которое будет изменяться в зависимости от тока нагрузки.

При последовательной коммутации напряжение коммутирующего конденсатора вводится в цепь последовательно с тиристором, например, если конденсатор включается параллельно дросселю (рис. 9.3, в). Тиристор на интервале коммутации оказывается под обратным напряжением , а напряжение на нагрузке .

Контур перезаряда конденсатора не включает нагрузку, поэтому напряжение на нагрузке при последовательной коммутации не зависит от процессов на интервале коммутации, т. е. от условий перезаряда конденсатора.

На рис. 9.4, а приведена схема простейшего тиристорного импульсного преобразователя постоянного напряжения с узлом параллельной коммутации, в котором коммутирующий конденсатор подключается параллельно нагрузке.

Рис. 9.4. Схема и временные диаграммы токов и напряжений узла принудительной коммутации тиристора при линейном перезаряде конденсатора

В коммутирующий узел силового тиристора 14 входнт конденсатор , коммутирующий тиристор 14 и цепь для колебательного заряда конденсатора, состоящая из дросселя и днода V. Нужные для коммутации вентиля 14 полярность и величина напряжения на конденсаторе С получаются после включения при тиристора , когда по контуру происходит заряд конденсатора до напряжения (рис. ). При этом к нагрузке прикладывается напряжение . Кроме тока нагрузки , через тиристор 14 при его включении протекает ток заряда конденсатора (рис. 9.4, а), по форме близкий к полуволне синусоиды (заряд конденсатора имеет колебательный характер): . Для выключения тиристора 14 подаем в момент нмпульс управления на тиристор 14. При его включении напряжение на нагрузке становится равным напряжению заряженного конденсатора , а к тиристору 14 прикладывается обратное напряжение, равное . Ток через тиристор 14 прекращается, а ток нагрузки замыкается по цепи . Конденсатор перезаряжается током нагрузки, а так как этот из-за большой индуктивности хорошо сглажен, то напряжение на конденсаторе и тиристоре изменяется по линейному закону.

Тиристор за время существования обратного напряжения восстанавливает свои запирающие свойства.

После окончания разряда конденсатора при ток становится равным нулю, а ток нагрузки замыкается через шунтирующий диод . Схема готова к формированию следующего импульса напряжения на нагрузке. В момент поступает нмпульс управления на тиристор , опять отпирается и процессы в схеме повторяются.

За длительность импульса на нагрузке принимают время между управляющими импульсами, подаваемыми на силовой тиристор и коммутирующий тиристор (рис. ). Этот интервал соответствует длительности открытого состояния ключа, т. е. тиристора . Обратное напряжение на тиристоре поддерживается в течение интервала , когда конденсатор С разряжается током нагрузки от до Е. Имеем

или

где в зависимости от потерь в зарядном контуре . За это время тиристор должен воосстановить свои управляющие свойства.

На рис. 9.5, а приведена более совершенная практическая схема импульсного преобразователя постоянного напряжения, в которой при коммутации конденсатор подключается параллельно силовому тиристору . В узел коммутации входят коммутирующий конденсатор , коммутирующий тиристор VK и цепь для колебательного перезаряда конденсатора , V1.

При подаче ЭДС Е конденсатор через V1, и нагрузочную цепь заряжается до напряжения с указанной без скобок полярностью. При на управляющий электрод тиристора поступает импульс управлении . Тиристор отпирается, и напряжение на нагрузке (верхняя диаграмма рис. ) .

Для запирания VD на управляющий электрод , в момент подается импульс управления . Тиристор VK отпирается, и конденсатор но контуру перезаряжается до напряжения, близкого по величине Е, но с обратной полярностью (знаки в скобках). Процесс носит колебательный характер, а ток конденсатора имеет форму полуволны синусоиды с длительностью полупериода .

После перезаряда конденсатора при оказывается под обратным напряжением, в результате чего прямой ток через него прекращается. Конденсатор перезаряжается постоянным током нагрузки, и напряжение на нем линейно убывает. При конденсатор разрядился до нуля.

Рис. 9.5. Схема и временные диаграммы токов и напряжений узла принудительной коммутации тиристора с колебательным перезарядом конденсатора

Интервал равен времени приложения к силовому обратного напряжения, т. е. это время выключения, предоставляемое тирнстору для восстановления управляющих свойств. При конденсатор вновь заряжается до исходного напряжения, равного Е, а напряжение на нагрузке становится равным нулю.

На интервале ток нагрузки протекает через диод , а выходное напряжение . Изменяя время задержки импульса управления на коммутирующий тнристор , можно изменять скважность выходного напряжения и его среднее и действующее значения.

Найдем схемное время выключения . Обозначаем начальное напряжение на конденсаторе через , где — коэффициент заряда конденсатора , и считаем ток нагрузки, которым перезаряжается конденсатор, постоянным:

откуда

При изменении тока нагрузки изменяется скорость перезаряда конденсатора и поэтому изменяется форма и среднее значение выходного напряжения .

Для уменьшения влияния тока нагрузки на выходное напряжение, т. е. для стабилизации внешней характеристики и времени, предоставляемого для запирания тиристоров, силовой тиристор шунтируют диодом .

При этом перезаряд конденсатора на интервале носит колебательный характер. Ток представляет половину синусоиды той же частоты, что и при заряде конденсатора, и протекает по контуру . Теперь время запирания примерно равно полупериоду собственной частоты контура , а форма выходного напряжения преобразователя приближается к прямоугольной.