КЛЮЧ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК H03K17/13 H03K17/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных электронных устройствах коммутации переменного тока.

Известен ключ переменного тока содержащий два параллельно и встречно включенные тиристоры, фототиристорный оптрон, резисторы и диоды [1]
Известен ключ переменного тока содержащий диодный мост, который одной диагональю через нагрузку подключается к сети переменного тока, а между "плюсом" и "минусом" второй диагонали включен тиристор анодом к "плюсу", а катодом к "минусу" моста, а на управляющий электрод подается напряжение управления [2]
Известен также ключ переменного тока, содержащий симистор (триак) фототиристорный оптрон, диодный мост и резисторы [3]
Недостатками вышеперечисленных ключей являются значительный уровень радиопомех при их включении и выключении, повышенная мощность, потребляемая цепью управления и сложность схемы.

Задача изобретения снижение уровня радиопомех, возникающих при коммутации нагрузки, уменьшение мощности, потребляемой цепью управления до минимально необходимой и достаточной и упрощение схемы ключа.

Это достигается тем, что:
согласно 1 варианту, в ключе переменного тока, содержащем первый и второй параллельно и встречно включенные тиристоры, управляющие электроды которых соединены через резисторы со своими катодами и с катодами первого и второго диодов, аноды которых объединены и соединены с эмиттером транзистора, коллектор которого подключен к месту соединения катодов третьего и четвертого диодов, анод третьего диода соединен с анодом первого тиристора и нагрузкой, второй вывод которой подключен к первой шине сети переменного тока, а анод четвертого диода соединен с анодом второго тиристора и подключен к другой шине сети переменного тока, на базу транзистора, вблизи момента перехода синусоиды переменного тока через нулевое значение, подается отпирающий импульс, длительность которого равна удвоенному интервалу времени от момента перехода синусоиды переменного тока через нулевое значение до момента времени, когда мгновенное значение синусоиды переменного тока будет равно току удержания тиристора в открытом состоянии, вследствие чего отпадает необходимость в ограничивающем резисторе, включенном в цепи управления тиристорами между эмиттером транзистора и точкой объединения анодов первого и второго диодов, роль которого в предлагаемом ключе переменного тока выполняет сопротивление нагрузки и одновременно значительно снижается уровень радиопомех, возникающих при работе ключа, и уменьшается мощность потребляемая цепью управления.

Согласно 2 варианту, в ключе переменного тока, содержащем диодный мост, который одной диагональю через нагрузку подключается к сети переменного тока, а ко второй диагонали анодом к "плюсу" моста, а катодом к "минусу" - подключается тиристор, между анодом и управляющим электродом тиристора включен транзистор, коллектор которого подключен к аноду, а эмиттер к управляющему электроду тиристора, на базу транзистора, вблизи момента перехода синусоиды переменного тока через нулевое значение, подается отпирающий импульс, длительность которого равна удвоенному интервалу времени от момента перехода синусоиды переменного тока через нулевое значение до момента времени, когда мгновенное значение синусоиды переменного тока будет равно току удержания тиристора в открытом состоянии, вследствие чего значительно снижается уровень радиопомех, возникающих при включении и выключении ключа, а также уменьшается мощность, потребляемая цепью управления.

Согласно 3 варианту, в ключе переменного тока, содержащем симистор, условный анод которого через нагрузку соединен с одной шиной сети переменного тока, а условный катод подключен к другой шине сети переменного тока, в диагональ диодного моста включен транзистор, коллектор которого подключен к "плюсу" диодного моста, а эмиттер к "минусу" диодного моста, другая диагональ диодного моста подключена одной точкой к условному аноду симистора, а другой к управляющему электроду симистора, на базу транзистора, вблизи момента перехода синусоиды переменного тока через нулевое значение, подается отпирающий импульс, длительность которого равна удвоенному интервалу времени от момента перехода синусоиды переменного тока через нулевое значение до момента времени, когда мгновенно значение синусоиды переменного тока будет равно току удержания симистора в открытом состоянии, вследствие чего отпадает необходимость в ограничивающем резисторе, включенном в цепи управления между диодным мостом и управляющим электродом симистора, роль которого в предлагаемом ключе переменного тока выполняет сопротивление нагрузки и одновременно значительно снижается уровень радиопомех, возникающих при включении и выключении ключа, а также уменьшается мощность, потребляемая цепью управления.

Сравнительный анализ известных решений с заявляемыми позволяет сделать вывод, что они обладают существенными отличиями, а именно отличаются совокупностью связей элементов схем между собой и способом управления ключом.

На фиг. 1 приведена электрическая принципиальная схема ключа первого варианта.

Ключ переменного тока содержит тиристоры 1, 2, резисторы 3, 4, диоды 5, 6, 8, 9, транзистор 7, нагрузку 10.

Ключ переменного тока работает следующим образом. При подключении базы и эмиттера транзистора 7 к схеме управления, а входных клемм ключа к сети переменного тока каждый раз вблизи точки перехода синусоиды питающего напряжения через нулевое значение схема управления, при включении, вырабатывает управляющий импульс (фиг. 2), длительность которого равна удвоенной величине времени от момента прохождения синусоиды переменного тока через нулевое значение до момента времени, когда мгновенное значение синусоиды переменного тока будет равно току удержания тиристора в открытом состоянии. Транзистор 7 открывается на время равное длительности импульса управления Т и.упр. и, таким образом, даже, когда при снижении тока через тиристор ниже уровня удержания тиристора во включенном состоянии, последний отключается, ток через нагрузку продолжает идти по цепи: в один полупериод питающей сети - первая клемма питающей сети, нагрузка 10, диод 8, транзистор 7, диод 6, управляющий электрод катод тиристора 1, вторая клемма сети; в другой полупериод вторая клемма сети, диод 9, транзистор 7, диод 5, управляющий электрод-катод тиристора 2, нагрузка 10, первая клемма сети. При отключении импульса управления транзистор 7 закрывается, а тиристор 1 или 2 отключается при первом же, после этого момента, прохождении синусоиды переменного тока вблизи нулевого значения (снижении величины тока, проходящего через тиристор ниже уровня тока удержания), таким образом ключ переменного тока размыкается.

Поскольку включение ключа всегда происходит вблизи момента прохождения синусоиды переменного напряжения через нулевое значение при минимально необходимых и достаточных, при заданной нагрузке 10, токах включения, то отпадает необходимость введения в цепь управления тиристорами ограничивающего резистора, так как роль его в предлагаемом ключе выполняет нагрузка 10, что упрощает принципиальную схему ключа, а также снижает мощность, потребляемую цепью управления тиристорами и уровень радиопомех, создаваемых при работе ключа.

На фиг. 3 приведена электрическая принципиальная схема ключа второго варианта.

Ключ переменного тока содержит тиристор 1, диоды моста 2, 3, 4, 5, транзистор 6, нагрузку 7.

Предлагаемый ключ переменного тока работает следующим образом. При подключении базы транзистора 6 и катода тиристора 1 к схеме управления, а входных клемм ключа к сети переменного тока, каждый раз вблизи точки перехода синусоиды питающего напряжение через нулевое значение схема управления, при включении, вырабатывает управляющий импульс (фиг. 2), длительность которого равна удвоенной величине интервала времени от момента прохождения синусоиды переменного тока через нулевое значение до момента времени, когда мгновенное значение синусоиды переменного тока будет равно току удержания тиристора в открытом состоянии. Транзистор 6 открывается на время равное длительности импульса управления Т и.упр. и, таким образом даже, когда при снижении тока через тиристор ниже уровня удержания тиристора во включенном состоянии последний отключается, ток через нагрузку продолжает идти по цепи: в один полупериод питающей сети первая клемма сети, нагрузка 7, диод 2, транзистор 6, управляющий электрод-катод тиристора 1, диод 5, вторая клемма сети; в другой полупериод вторая клемма сети, диод 3, транзистор 6, управляющий электрод-катод тиристора 1, диод 4, нагрузка 7, первая клемма сети. При отключении импульса управления транзистор 6 закрывается, а тиристор 1 отключается при первом же после этого момента прохождении синусоиды переменного тока вблизи нулевого значения (снижении величины тока, проходящего через тиристор, ниже уровня тока удержания), таким образом ключ переменного тока размыкается.

Поскольку включение тиристора 1 всегда происходит вблизи момента прохождения синусоиды переменного напряжения через нулевое значение при минимально необходимых и достаточных, при заданной нагрузке 7, токах включения тиристора, то это снижает мощность, потребляемую цепью управления тиристорами и уровень радиопомех, создаваемых при работе ключа.

На фиг. 4 приведена электрическая принципиальная схема ключа третьего варианта.

Ключ переменного тока содержит симистор (триак) 1, диоды моста 2, 3, 4, 5, транзистор 6, нагрузку 7.

Предлагаемый ключ переменного тока работает следующим образом. При подключении базы и эмиттера транзистора 6 к схеме управления, а входных клемм ключа к сети переменного тока каждый раз, вблизи точки перехода синусоиды питающего напряжения через нулевое значение, схема управления при включении вырабатывает управляющий импульс (фиг. 2), длительность которого равна удвоенной величине интервала времени от момента прохождения синусоиды переменного тока через нулевое значение до момента времени, когда мгновенное значение синусоиды переменного тока будет равно току удержания симистора в открытом состоянии. Транзистор 6 открывается на время равное длительности импульса управления Т и. упр. и, таким образом, даже, когда при снижении тока через симистор ниже уровня удержания симистора во включенном состоянии, последний отключается, ток через нагрузку продолжает идти по цепи: в один полупериод питающей сети-первая клемма сети, нагрузка 7, диод 2, транзистор 6, диод 5, управляющий электрод условный катод симистора 1, вторая клемма сети; в другой полупериод вторая клемма сети, условный катод-управляющий электрод симистора 1, диод 4, транзистор 6, диод 3, нагрузка 7, первая клемма сети. При отключении импульса управления транзистор 6 закрывается, а симистор 1 отключается при первом же после этого момента прохождении синусоиды переменного тока вблизи нулевого значения (снижении величины тока проходящего через симистор ниже уровня тока удержания), таким образом ключ переменного тока размыкается.

Поскольку включение ключа всегда происходит вблизи момента прохождения синусоиды переменного напряжения через нулевое значение при минимально необходимых и достаточных, при заданной нагрузке 7, токах включения симистора, то отпадает необходимость введения в цепь управления симистором ограничивающего резистора, так как роль его в предлагаемом ключе выполняет нагрузка 7, что упрощает принципиальную схему ключа, а также снижает мощность, потребляемую цепью управления симистором и уровень радиопомех, создаваемых при работе ключа.

Возможность осуществления изобретения вытекает из вышеприведенного описания работы ключей переменного тока трех вариантов и подтверждена действующими макетами, изготовленными и испытанными автором.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных электронных устройствах коммутации переменного тока. Устройство содержит тиристоры 1, 2, резисторы 3, 4, диоды 5, 6, 8, 9, транзистор 7, нагрузку 10. 3 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Ключ переменного тока, содержащий первый и второй параллельно и встречно включенные тиристоры, управляющие электроды которых соединены через резисторы со своими катодами и с катодами первого и второго диодов, аноды которых объединены, а также третий и чертвертый диоды, катоды которых объединены, анод третьего диода соединен с анодом первого тиристора и нагрузкой, второй вывод которой соединен с одной шиной сети переменного тока, а анод четвертого диода соединен с анодом второго тиристора и подключен к другой шине сети переменного тока, отличающийся тем, что в нем в цепь управления тиристорами включен транзистор с возможностью отпирания импульсом управления только вблизи момента перехода синусоиды переменного тока через нулевое значение на время, равное удвоенной величине временного интервала от момента прохождения синусоиды переменного тока через нулевое значение до момента времени, когда мгновенное значение синусоиды переменного тока будет равно току удержания тиристора в открытом состоянии, коллектор которого подключен к точке объединения катодов третьего и четвертого диодов, эмиттер подключен к точкам объединения анодов первого и второго диодов и первой шине цепи управления, а база к второй шине цепи управления. 2. Ключ переменного тока, содержащий диодный мост, который одной диагональю через нагрузку подключен к сети переменного тока, а к второй диагонали анодом к "плюсу" моста, а катодом к "минусу" подключен тиристор, отличающийся тем, что в нем между анодом и управляющим электродом тиристора включен транзистор с возможностью отпирания импульсом управления только вблизи момента перехода синусоиды переменного тока через нулевое значение на время, равное удвоенной величине временного интервала от момента прохождения синусоиды переменного тока через нулевое значение до момента времени, когда мгновенное значение синусоиды переменного тока будет равно току удержания тиристора в открытом состоянии, коллектор которого подключен к аноду, эмиттер к управляющему электроду тиристора, а база к первой шине цепи управления, вторая шина которой соединена с "минусом" диодного моста. 3. Ключ переменного тока, содержащий симистор, условный анод которого через нагрузку соединен с одной шиной сети переменного тока, условный катод соединен с другой шиной сети переменного тока, а управляющий электрод подключен к одной точке диагонали диодного моста, который другой точкой этой же диагонали подключен к условному аноду симистора, отличающийся тем, что в нем в другую диагональ диодного моста включен транзистор с возможностью отпирания импульсом управления только вблизи момента перехода синусоиды переменного тока через нулевое значение на время, равное удвоенной величине временного интервала от момента прохождения синусоиды переменного тока через нулевое значение до момента времени, когда мгновенное значение синусоиды переменного тока будет равно току удержания симистора в открытом состоянии, коллектор которого подключен к "плюсу" диодного моста, эмиттер к "минусу" диодного моста и первой шине цепи управления, а база к второй шине цепи управления.