УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИМИСТОРОМ Российский патент 1995 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в силовых коммутационных приборах однократного и периодического действия.

Известно устройство для управления симистором, содержащее трансформатор управления, первый, второй и третий тиристоры, конденсатор и ключ управления [1].

Устройство позволяет однократно коммутировать силовой симистор. Однако данное устройство не может осуществить периодическую коммутацию симистора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для управления симистором, подключенным через нагрузочный резистор к полюсами сети, содержащее трансформатор управления, первичная обработка которого предназначена для подключения к полюсам сети, а крайние выводы вторичной обмотки соединены с входными полюсами переключателя полярности, первый выходной полюс которого предназначен для соединения через первый тиристор с управляющим электродом симистора, средняя точка вторичной обмотки трансформатора управления подключена к общей шине, подключенной через первый балластный резистор к катоду второго тиристора, анод которого предназначен для подключения к катоду симистора, между анодами первого и второго симисторов включен первый стабилитрон, второй выходной полюс переключателя полярности через второй балластный резистор и первый диод соединен с переключающим контактом первого ключа управления, первый замыкающий контактный вывод которого подключен через обмотку реле тока к аноду второго диода и аноду третьего тиристора, а управляющий электрод через первый ограничительный резистор соединен с катодом второго тиристора, управляющий электрод которого через второй ограничительный регистр соединен с анодом третьего тиристора, катод которого через первый балластный резистор соединен с катодом второго тиристора, соединенным через первый стабилитрон с катодом первого тиристора, управляющий электрод которого предназначен для подключения к выходу фазосдвигающего блока, причем катод третьего тиристора через параллельно включенные второй стабилитрон и первый конденсатор соединен с вторым замыкающим контактным выводом первого ключа управления, соединенным с первым замыкающим контактным выводом первого ключа управления через размыкающую контактную пару реле тока, первая замыкающая пара которого включена параллельно третьему тиристору [2].

Данное устройство позволяет однократно и периодически коммутировать силовой тиристор для пропускания через него одиночных полуволн сетевого напряжения заданной полярности. Однако устройство не способно обеспечить управление симистором для коммутации серии полуволн сетевого напряжения с периодически изменяющейся полярностью. Таким образом, для известного устройства характерны ограниченные функциональные возможности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство введены второй ключ управления с размыкающей и замыкающей контактными парами, разделительный трансформатор, третий ключ управления с переключающей контактной группой, четвертый ключ управления с переключающей контактной группой с нейтральным положением, второй и третий конденсаторы, третий и четвертый стабилитроны, третий и четвертый ограничительный резисторы, третий балластный резистор, третий, четвертый, пятый и шестой диоды, реле тока выполнено с второй замыкающей контактной парой, а переключатель полярности выполнен в виде дистанционного переключателя с первой и второй обмотками управления, первые выводы которых предназначены для подключения к нулевому полюсу сети, второй вывод первой обмотки управления соединен с катодом третьего диода, второй вывод второй обмотки соединен с анодом четвертого диода, катод которого соединен с анодом третьего диода, соединенным через параллельно включенные вторую замыкающую контактную пару реле тока и размыкающуюся контактную пару второго ключа управления с первым выводом второго конденсатора и первым выводом третьего ограничительного резистора, второй вывод которого соединен с переключающим контактом третьего ключа управления, соединенным через встречно и последовательно включенные третий и четвертый стабилитроны с вторым выводом второго конденсатора, соединенным с первым выводом обмоток управления переключателя полярности и первым выводом вторичной обмотки разделительного трансформатора, первичная обмотка которого предназначена для подключения параллельно нагрузочному резистору, а второй вывод вторичной обмотки через четвертый ограничительный резистор соединен с замыкающим контактом третьего ключа управления, размыкающий контакт которого соединен с переключающим контактом четвертого ключа управления, первый и второй замыкающие выводы которого соединены с анодом пятого диода и катодом шестого диода соответственно, катод пятого диода соединен с анодом шестого диода, соединенным через третий балластный резистор с анодом второго тиристора, а между катодом третьего тиристора и его управляющим электродом включены последовательно соединенные замыкающая контактная пара второго ключа управления и третий конденсатор.

Устройство отличается наличием новых элементов: ключей управления, ограничительных и балластных резисторов, конденсаторов, стабилитронов, диодов, введением дистанционного переключателя полярности с обмотками управления и новым построением электрических связей между элементами схемы устройства, обеспечивающими достижения поставленной цели.

На фиг.1 изображена схема устройства для управления симистором; на фиг. 2 - осциллограммы напряжений на нагрузочном резисторе.

Устройство для управления симистором содержит симистор 1, подключенный через нагрузочный резистор 2 к фазному А и нулевому полюсам сети переменного тока. Трансформатор управления 3 своей первичной обмоткой 4 также подключен к полюсам AN сети. Вторичная обмотка данного трансформатора разделена на первую 5 и вторую 6 секции. Средняя точка вторичной обмотки соединена с общей шиной 7. Крайние точки вторичной обмотки соединены с входными полюсами переключателя полярности 8, в качестве которого применен дистанционный переключатель, имеющий первую 8.1 и вторую 8.2 обмотки управления.

Первые выводы данных обмоток объединены и подключены к нулевому полюсу сети N.

Первый выходной полюс переключателя полярности 8 подключен к точке соединения катода первого стабилитрона 9 и анода первого тиристора 10. Катод тиристора 10 соединен с управляющим электродом симистора 1. Анод стабилитрона 9 соединен с анодом второго тиристора 11. Точка их соединения подключена к катоду симистора 1. Общая шина 7 соединена через первый балластный резистор 12 с катодом второго тиристора 11. Второй выходной полюс переключателя 8 полярности через второй балластный резистор 13 и первый диод 14 подсоединен к переключающему контакту первого ключа управления 15, первый замыкающий контактный вывод 15.1 данного ключа подключен через обмотку реле тока 16 к аноду второго диода 17 и аноду третьего тиристора 18. Катод тиристора 18 соединен с общей шиной 7. Управляющий электрод тиристора 18 через первый ограничительный резистор 19 соединен с катодом второго тиристора 11. Управляющий электрод второго тиристора 11 через второй ограничительный резистор 20 соединен с анодом третьего тиристора 18, анодом второго диода 17 и обмоткой реле тока 16. Второй замыкающий контактный вывод 15.2 первого ключа управления 15 через размыкающую контактную пару 21 реле тока 16 подключен к точке соединения катода второго стабилитрона 22 и первого вывода первого конденсатора 23 с обмоткой реле тока 16 и анода диода 17. Анод второго стабилитрона 22 и второй вывод первого конденсатора 23 подключены к общей шине 7. Параллельно третьему тиристору 18 включена первая замыкающая контактная пара 24 реле тока 16. Второй вывод первой обмотки 8.1 переключателя полярности 8 соединен с катодом третьего диода 25. Второй вывод второй обмотки 8,2 переключателя 8 соединен с анодом четвертого диода 26. Катод диода 25 и анод диода 26 соединены между собой и через вторую замыкающую контактную пару 27 реле тока 16 подключен к точке соединения первого вывода второго конденсатора 28 с первым выводом третьего ограничительного резистора 29. Между катодом третьего тиристора 18 и его управляющим электродом включена цепочка из третьего конденсатора 30 и замыкающей контактной пары 31 второго ключа управления. Размыкающая контактная пара 31.1 второго ключа управления подключена параллельно второй замыкающей контактной паре 27 реле тока 16. Второй вывод резистора 29 подключен к переключающему контакту 32 третьего ключа управления и катоду третьего стабилитрона 33. Анод стабилитрона 33 соединен с анодом стабилитрона 34. Параллельно нагрузочному резистору 2 подключена первичная обмотка разделительного трансформатора 35. Первый вывод вторичной обмотки трансформатора 35 соединен с вторым выводом второго конденсатора 28, катодом стабилитрона 34, первыми выводами обмоток 8.1 и 8.2 переключателя полярности и нулевым N полюсом сети. Второй вывод вторичной обмотки трансфоpматора 35 через четвертый ограничительный резистор 36 подключен к замыкающему контакту третьего ключа управления 32. Размыкающий контакт третьего ключа управления 32 соединен с переключающим контактом четвертого ключа управления 37. Первый замыкающий контактный вывод 37.1 данного ключа соединен с анодом пятого диода. Второй замыкающий контактный вывод 37.2 ключа 37 соединен с катодом шестого диода. Точка соединения анода диода 39 с катодом диода 38 подключена через третий балластный резистор 40 к аноду второго тиристора 11. К аноду и катоду первого тиристора 10 подключен вход фазосдвигающего блока 41, выход которого подключен к управляющему электроду тиристора 10.

Устройство для управления симистором работает следующим образом.

Исходное положение первого 15 и четвертого 37 ключей управления нейтральное. Контакт 31 второго ключа управления разомкнут, а его контакт 31.1 замкнут. Переключающий контакт третьего ключа управления 32 находится в положении 32.2.

Переключающий контакт четвертого ключа 37 управления находится в нейтральном положении. Контакт 31 второго ключа управления разомкнут, а контакт 31.1 этого же ключа замкнут. Переключающий контакт 32 третьего ключа управления находится в положении 32.2.

Для включения симистора 1 в работу режима одноразового отпирания в положительном полупериоде сетевого напряжения осуществляют следующие операции относительно исходного положения. Переключающий контакт 37 четвертого ключа управления однократно замыкается с полюсом 37.2. В этом случае от полюса сети А через резистор 40, диод 39, контакт 32, резистор 29, диод 25 и катушку 8.1 к полюсу сети N проходят однополупериоды сетевого напряжения. Полуволны данного напряжения ограничены по амплитуде стабилитроном 33. Подключение к отметке 8.1 положительных полуволн сетевого напряжения обеспечивает установку контактов дистанционного переключателя 8 в положение "а". После чего ключ 37 устанавливается в исходное нейтральное положение. При установке ключа 15 в положение 15.1 заряжается конденсатор 23, затем открывается тиристор 11. Отпирание тиристора 11 обеспечивает подачу от секции 5 трансформатора 3 на управляющий электрод симистора 1 положительных импульсов, ограниченных по амплитуде стабилитроном 9 и сдвинутых по фазе на заданный блоком 41 угол тиристором 10. После отпирания симистора 1 по резистору 2 проходит положительная полуволна напряжения U₁ (фиг.2а). Данная полуволна может иметь фазовый сдвиг α по заданным параметрам фазосдвигающего блока 41. При прохождении через тиристор 11 тока управления напряжением, снятым с резистора 12, открывается тиристор 18. Открывание тиристора 18 обеспечивает возрастание тока в цепи обмотки реле тока 16. Реле 16 срабатывает и замыкает свой контакт 24, шунтируя тиристор 18. Таким образом, после однократного отпирания симистора 1 тиристор 11 оказывается закрытым, поскольку его цепь управления шунтирована контактом 24. Восстановление схемы управления в исходное состояние возможно при установке ключа управления 15 в нейтральное положение. Однократное отпирание симистора 1 в отрицательной полуволне напряжения возможно при предварительном однократном замыкании ключа 37 с полюсом 37.1. В результате чего ток проходит от полюса сети А через диод 38, ключ 32, резистор 29, диод 26 и обмотку 8.2 к полюсу сети N. Переключатель 8 устанавливается в положение "б" при установке переключателя 15 первого ключа управления в положение 15.1, по описанной выше технологии однократно открывается симистор 1 в отрицательную полуволну сетевого напряжения.

Периодическое однократное отпирание симистора 1 возможно при установке переключателя 15 в положение 15.2. В данном случае после открывания тиристора 11 и включения шунтирующего тиристора 18 срабатывает реле тока 16. При этом в схеме управления задействован контакт 21 данного реле, который, размыкаясь при срабатывании реле, отключает цепь заряда конденсатора 23. Якорь реле 16 находится в притянутом состоянии до тех пор, пока конденсатор 23 обеспечивает протекание по цепи, образованной обмоткой реле 16 и контактом 24, тока удержания. После разряда конденсатора 23 обмотка реле 16 обесточивается. Реле 16 размыкает свой контакт 24 и замыкает контакт 21, и процесс формирования тока управления на симистор 1 повторяется, чем обеспечивается периодическая коммутация симистором 1 полуволн положительного напряжения U₂ (фиг.2б).

Временная пауза Т_п между полуволнами напряжений, коммутируемых симистором 1, определяется параметрами разрядной цепочки - емкости конденсатора 23 и сопротивления обмотки реле 16, и может достигать нескольких секунд. После отработки необходимой серии ключи управления устанавливаются в исходное положение.

Для пропускания симистором 1 однократно нескольких полупериодов сетевого напряжения определенной, например, положительной полярности производятся следующие операции.

Переключатель 37 однократно замыкается с полюсом 37.2 и устанавливается в исходное положение. Контакт 31 второго ключа управления замыкается (контакт 31.1 при этом размыкается и в работе не участвует). Переключающий контакт 15 первого ключа управления замыкается с полюсом 15.1. В данном случае при открывании тиристора 11 на управляющий электрод симистора 1 подаются импульсы управления, причем тиристор 18 открыться не может пока не зарядится конденсатор 30 напряжением, снимаемым с резистора 12. Время задержки отпирания тиристора 18 определяется емкостью конденсатора 30. Например, при конденсаторе емкостью 20 мкФ симистор 1 пропускает три полуволны сетевого напряжения (фиг.2в), после чего тиристор 18 отпирается и шунтирует цепь управления тиристора 11. Запирание тиристора 11 обусловливает прекращение коммутации полуволн напряжения симистором 1.

При необходимости периодических коммутаций симистором 1 серий полуволн сетевого напряжения переключатель 15 устанавливается в положение 15.2, в данном случае он работает по описанной выше технологии и периодически формирует сигналы отпирания на симистор 1. Симистор 1 в данном случае периодически отпирается на время, определяемое емкостью конденсатора 30, и периодически пропускает серии однополярных полуволн сетевого напряжения (фиг. 2г).

При необходимости периодического однократного отпирания симистора 1 в полупериоды сетевого напряжения различной полярности, начиная с положительной полуволны, переключающий контакт ключа 37 однократно замыкается с контактным выводом 37.2, затем возвращается в нейтральное положение. При этом по описанной выше технологии контакты переключателя 8 устанавливаются в положение "а". Переключающий контакт третьего ключа управления 32 замыкают с контактом 32.2. Переключающий контакт 15 первого ключа управления замыкают с полюсом 15.1. В данном случае по описанной выше технологии отпирается симистор 1 в положительной полуволне сетевого напряжения. При прохождении данной полуволны по резистору 2 напряжение данной полуволны воздействует на первичную обмотку трансформатора 35. С вторичной обмотки данного трансформатора к полюсу 32.1 прикладывается отрицательная полуволна напряжения, которая проходит через ключ управления 32, ограничивается по амплитуде стабилитроном 34 и через резистор 29, контакт 31.1 и диод 26 воздействует на обмотку 8.2 переключателя 8. Контакты переключателя 8 переключаются в положение "б". Следующее формирование сигнала управления на симистор 1 при положении "б" переключателя 8 автоматически происходит в отрицательную полуволну. С вторичной обмотки трансформатора 35 снимается положительный импульс управления для секций 8.1 переключателя 8, обусловливая переключение его контактов в положение "а".

Таким образом, симистор 1 периодически формирует полуволны сетевого напряжения различной полярности (фиг.2д) на нагрузочном резисторе 2.

При фазовом сдвиге полуволн напряжения блоком 41 и тиристором 10, поскольку длительность действия импульса уменьшается, конденсатор 28 является запоминающим звеном, обеспечивающим надежную работу переключателя 8.

При необходимости периодического отпирания симистора 1 для пропускания серии полуволн различной полярности, начиная с заданной, в устройстве производят следующие операции относительно исходного положения. Однократно замыкают переключающий контакт 37 в одно из положений, например замыкают с полюсом 37.1. в данном случае переключатель 8 устанавливается в положение "б". Переключатель 32 замыкают с полюсом 32.1. Замыкают контакт 31 и размыкают контакт 31.1 второго ключа управления. Переключающий контакт 15 первого ключа управления замыкают с полюсом 15.2. В данном случае по описанной выше технологии отпирается симистор 1 и пропускает серию полуволн сетевого напряжения, определяемую по количеству емкостью конденсатора 28. При периодической коммутации отрицательных полуволн напряжения одной серии напряжение с вторичной обмотки трансформатора 35 на катушки 8.1 и 8.2 переключателя 8 не действует, поскольку контакты 31.1 и 27 разомкнуты. Однако конденсатор 28 заряжается положительными полуволнами напряжения. После отпирания тиристора 18 управляющие импульсы на симистор 1 прекращаются, а реле 16 срабатывает. При срабатывании реле 16 замыкаются его контакты 24 и 27, а контакт 21 размыкается. Замыкание контакта 27 обеспечивает разряд конденсатора 28 на обмотку 8.1 переключателя 8 через диод 25. Переключатель 8 устанавливает свои контакты в положение "а". Реле 16 после разряда конденсатора 23 возвращается в исходное положение - замыкает контакт 21 и размыкает контакты 24 и 27, в результате чего возобновляется цикл формирования серии импульсов отпирания на симистор 1 в положительные полупериоды сетевого напряжения.

Таким образом, в данном режиме симистором 1 могут коммутироваться периодически полуволны напряжения положительной и строительной полярностей (фиг.2е).

П р и м е р. Устройство для управления симистором может быть выполнено на базе силового симистора 1 типа ТС-160-5 и резистора 2 типа ППБ-50 2,2 Ом. Трансформатор 3 типа ТС-180. Трансформатор 35 типа ТВК-70. Тиристоры 10, 11 и 18 типа КУ 201 В. Стабилитроны 9, 22, 33 и 34 типа Д 815. Конденсатор 23 типа К50-3 емкостью 30,0 мкФ. Конденсатор 30 типа К50-3 емкостью 20 мкФ. Конденсатор 28 типа КБГ емкостью 2,0 мкФ. Диоды 14, 17, 25, 26, 38 и 39 типа Д 226 Б. Ключи 15 и 37 типа П2Т-2. Ключи 31 и 32 типа ТП1-2. Переключатель 8 типа РПС-32. Резисторы 12, 13, 19, 20, 29 и 36 типа МЛТ-2. Блок 41 выполнен на базе транзистора КТ 117 Б.

Устройство для управления симистором обеспечивает однократную и периодическую коммутацию силового симистора в любой заданной полярности как одиночных, так и серии полуволн сетевого напряжения.

Таким образом, цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигнута.

Устройство применимо в устройствах управления электромагнитами, системах испытания элементов электрооборудования в режиме ударной нагрузки, в системах передачи информации в сетях переменного тока.

Сущность изобретения: для обеспечения коммутации симистора в режиме однократного включения в различных полуволнах переменного тока формирования серии однополярных коммутаций, а также для чередования однократных и серии коммутаций в различных полярностях полуволн сетевого напряжения в схему устройства введены дистанционный переключатель полярности 8 и набор переключателей, которые позволяют задавать работу устройства в различных режимах коммутаций. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИМИСТОРОМ, подключенным через нагрузочный резистор к полюсам сети, содержащее трансформатор управления, первичная обмотка которого предназначена для подключения к полюсам сети, а крайние выводы вторичной обмотки соединены с входными полюсами переключателя полярности, первый выходной полюс которого предназначен для соединения через первый тиристор с управляющим электродом симистора, средняя точка вторичной обмотки трансформатора управления подключена к общей шине, подключенной через первый балластный резистор к катоду второго тиристора, анод которого предназначен для подключения к катоду симистора, второй выходной полюс переключателя полярности через второй балластный резистор и первый диод соединен с переключающим контактом первого ключа управления, вывод первого замыкающего контакта которого подключен через обмотку реле тока к анодам второго диода и третьего тиристора, а управляющий электрод через первый ограничительный резистор соединен с катодом второго тиристора, управляющий элемент которого через второй ограничительный резистор соединен с анодом третьего тиристора, катод которого через первый балластный резистор соединен с катодом второго тиристора, соединенным через первый стабилитрон с катодом первого тиристора, управляющий электрод которого предназначен для подключения к выходу фазосдвигающего блока, причем катод третьего тиристора через параллельно включенные второй стабилитрон и первый конденсатор соединен с выводом второго замыкающего контакта первого ключа управления, соединенным в выводом первого замыкающего контакта первого ключа управления через размыкающую контактную пару реле тока, первая замыкающая контактная пара которого включена параллельно третьему тиристору, отличающееся тем, что в него введены второй ключ управления с размыкающейся и замыкающейся контактными парами, разделительный трансформатор, третий ключ управления с переключающей контактной группой, четвертый ключ управления с переключающей контактной группой с нейтральным положением, второй и третий конденсаторы, третий и четвертый стабилитроны, третий и четвертый ограничительные резисторы, третий балластный резистор, третий - шестой диоды, реле тока выполнено с второй замыкающей контактной парой, а переключатель полярности - в виде дистанционного переключателя с первой и второй обмотками управления, первые выводы которых предназначены для подключения к нулевому полюсу сети, второй вывод первой обмотки управления соединен с катодом третьего диода, второй вывод второй обмотки управления соединен с анодом четвертого диода, катод которого соединен с анодом третьего диода, соединенным через параллельно включенные вторую замыкающую контактную пару реле тока и размыкающую контактную пару второго ключа управления с первыми выводами второго конденсатора и третьего ограничительного резистора, второй вывод которого соединен с переключающим контактом третьего ключа управления, соединенным через встречно и последовательно включенные третий и четвертый стабилитроны с вторым выводом второго конденсатора, соединенным с первыми выводами обмоток управления переключателя полярности и вторичной обмотки разделительного трансформатора, первичная обмотка которого предназначена для подключения параллельно нагрузочному резистору, а второй вывод вторичной обмотки через четвертый ограничительный резистор соединен с замыкающим контактом третьего ключа управления, размыкающий контакт которого соединен с переключающим контактом четвертого ключа управления, выводы первого и второго замыкающих контактов которого соединены с анодом пятого и катодом шестого диодов соответственно, катод пятого диода соединен с анодом шестого диода, соединенным через третий балластный резистор с анодом второго тиристора, а между катодом третьего тиристора и его управляющим электродом включены последовательно соединенные замыкающая контактная пара второго ключа управления и третий конденсатор.