ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ КЛЮЧ Российский патент 1997 года по МПК H03K17/56 

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в модуляторах и регуляторах постоянного тока.

Известны высоковольтные ключи, содержащие цепь из последовательно включенных тиристоров. Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является высоковольтный ключ ( авт. св. N 1499470) [1]
Ключ содержит последовательную цепь согласно включенных тиристоров. К управляющему электроду каждого тиристора подключен выход соответствующего диодного моста, вход каждого из которых подключен к вторичной обмотке соответствующего импульсного трансформатора. Первичные обмотки трансформаторов соединены последовательно и подключены к выходным выводам генератора управляющих импульсов. К катодам тиристоров, соединенных в последовательную цепь, подключены первые выводы соответствующих резисторов, вторые выводы которых соединены с управляющими электродами соответственно второго и следующих (до предпоследнего) тиристоров, а второй вывод последнего резистора соединен с анодом последнего тиристора, являющимся анодным выводом последовательной тиристорной цепи.

Первый тиристор может быть зашунтирован дополнительным резистором.

Данное устройство требует использования многообмоточных трансформаторов с усиленной изоляцией, которые громоздки, сложны в изготовлении и дороги. В результате чего все устройство обладает теми же недостатками.

Целью настоящего изобретения является упрощение устройства, уменьшение его габаритов и стоимости.

Указанная цель достигается тем, что в высоковольтном ключе, содержащем цепь из последовательно и согласно соединенных тиристоров, параллельно каждому тиристору включен делитель напряжения, состоящий из уравнивающего высокоомного (порядка 100 200 кОм) и низкоомного резистора (порядка 100 200 Ом), между точкой соединения которых и управляющим электродом тиристора включен ограничивающий резистор, а параллельно и встречно тиристорной цепи включена цепь из последовательно и согласно соединенных диодов так, что каждая точка соединения двух соседних диодов соединена с соответствующей точкой соединения резисторов.

Для предотвращения подачи обратного напряжения между анодом последнего тиристора и входной клеммой может быть включен дополнительный диод.

На чертеже изображена электрическая схема предлагаемого высоковольтного ключа.

Предлагаемый высоковольтный ключ содержит последовательную цепь из N согласно включенных тиристоров. В представленном на чертеже примере цепь состоит из чертежей тиристоров 1-4. Параллельно каждому тиристору 1-4 включен делитель напряжения 5, состоящий из уравнивающего высокоомного резистора 6 номиналом 100 200 кОм и низкоомного резистора 7 с номиналом 100 200 Ом. Между точкой соединения резисторов 6 и 7 и управляющим электродом соответствующего тиристора включен ограничивающий резистор 8 с номиналом 10
100 Ом. Параллельно последовательной цепи тиристоров 1-4 включен диодный столб, диоды 9 которого включены согласно друг другу и встречно тиристорам 1-4. Точка соединения каждых двух соседних диодов 9 соединена с точкой соединения резисторов 6 и 77 делителя напряжения 5.

Для предотвращения подачи обратного напряжения между анодом тиристора 4 и входной клеммой ключа может быть включен согласно тиристорам дополнительный диод 10.

Ключ работает следующим образом.

При подаче на входные клеммы высокого напряжения оно распределяется поровну на запертых тиристорах 1-4 благодаря уравнивающим резисторам 6, номинал которых, как известно, выбирается в несколько раз меньшим сопротивления запертого тиристора [2] При этом через тиристоры 1-4 и низкоомные резисторы 7 протекает небольшой ток 1 5 ма.

Номинал низкоомных резисторов 7 в делителе напряжения 5 выбирается таким образом, чтобы падение напряжения на низкоомных резисторах 7 при запертых тиристорах 1-4 было заведомо ниже неотпирающего постоянного напряжения управления на этих тиристорах.

Запас устойчивости по случайному открыванию тиристоров 1-4 дополнительно обеспечивается ограничивающими резисторами 8.

При подаче импульсного сигнала управления сможет открываться только первый тиристор 1, так как сигнал управления пройдет на управляющий электрод беспрепятственно. На остальные тиристоры, начиная со второго, сигнал управления не поступает, так как диоды 9 заперты падением напряжения на уравнивающих резисторах 6.

По мере открывания первого тиристора 1 напряжение на его аноде падает и, когда оно становится ниже амплитуды сигнала управления, второй диод 9 открывается и сигнал управления поступает на управляющий электрод тиристора 2, в котором тоже начинается процесс открывания, и т.д.

Кроме того, поскольку открывающийся тиристор 1 шунтирует соответствующий уравнивающий резистор 6, то ток в цепи уравнивающих резисторов возрастает. Соответственно возрастают токи через управляющие электроды всех закрытых тиристоров, подготавливая их таким образом к открыванию. По мере открывания каждого следующего тиристора токи через управляющие электроды закрытых тиристоров возрастают еще больше.

В результате ключ открывается за несколько микросекунд.

Прерывание тока через тиристоры 1-4 осуществляется внешней схемой (не показана). При этом тиристоры 1-4 выключаются.

Дополнительный диод 10 предотвращает подачу обратного напряжения.

Ни один элемент устройства специально не подбирается.

Простота предлагаемого ключа, малые габариты и стоимость очевидны из описания изобретения.

В настоящее время используется в лабораторных условиях несколько высоковольтных ключей с последовательной цепью из 25 тиристоров типа Т 122-25 и КУ 221, выдерживающих напряжение 20КВ при рабочем токе 25 А.

Используемая литература:
1. Авт.св. N 1499470 кл. H 03 K 17/56
2. Ю.Н. Королев "Тиристоры", Москва, "Знание", 1968.

Высоковольтный ключ относится к импульсной технике и предназначен для использования в модуляторах и регуляторах постоянного тока. В предлагаемом устройстве, содержащем цепь из согласно и последовательно соединенных тиристоров, параллельно каждому тиристору включен делитель напряжения, состоящий из уравнивающего высокоомного резистора и низкоомного резистора. Точка соединения этих резисторов проходит через низкоомный резистор с управляющим электродом тиристора и точку соединения каждой пары соседних диодов диодного столба. Диодный столб состоит из согласно включенных диодов, включен параллельно и встречно тиристорной цепи. Для предотвращения подачи обратного напряжения между входной клеммой и анодом последнего тиристора может быть включен дополнительный диод. 1 з. ф-лы, 1 ил.

1. Высоковольтный ключ, содержащий цепь, состоящую из N+1 последовательно и согласно включенных тиристоров, N+1 резисторов, диодов, входных клеммы и шины управления, отличающийся тем, что в него введены N+1 дополнительных резисторов, образующих с N+1 резисторами цепь из последовательно соединенных делителей напряжения, каждый из которых включен параллельно соответствующему тиристору, а отвод каждого делителя напряжения соединен с управляющим электродом соответствующего тиристора и с точкой соединения соответствующей пары диодной цепи, состоящей из N+2 последовательно и согласно включенных диодов и включенной параллельно и встречно тиристорной цепи, при этом шина управления соединена с управляющим электродом первого тиристора. 2. Ключ по п. 1, отличающийся тем, что между входной клеммой и анодом последнего тиристора включен дополнительный диод.