СИМИСТОРНЫЙ КОММУТАТОР Российский патент 1998 года по МПК H03K17/72 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для включения и отключения трехфазной нагрузки.

Известно устройство [1] , содержащее два симистора, анодами замыкающих нулевую точку нагрузки, управляющие электроды которых соединены последовательно между собой через ограничительный резистор и управляющий ключ.

Недостатками устройства является то, что оно применимо лишь для распределенных нагрузок, а также высокое напряжение на управляющем ключе в разомкнутом состоянии, определяемое линейным напряжением сети.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является многоканальное устройство для управления трехфазным коммутатором [2] (прототип), каждый из каналов которого содержит канальный выпрямительный мост и канальный резистор, а также два дополнительных диода и два дополнительных тиристора с подключенными к их управляющим переходам источниками управляющих напряжений, причем катод первого дополнительного тиристора соединен с катодами двух дополнительных диодов, а аноды двух дополнительных диодов и первого дополнительного тиристора соединены с клеммами для подключения соответствующих фаз сети и с катодами трех основных канальных диодов, аноды которых подсоединены через последовательно соединенные светодиоды трех канальных оптронов к катоду второго дополнительного тиристора, подключенного анодом к катодам двух дополнительных диодов и первого дополнительного тиристора; фотористоры трех канальных оптронов подсоединены через соответствующие канальные резисторы к выходным зажимам соответствующих основных выпрямительных мостов, один входной зажим каждого из которых соединен с клеммой для подключения соответствующей фазы и входом канального мощного тиристора, а другой входной зажим - с клеммой для подключения его управляющего электрода, выходная клемма каждого канального мощного тиристора соединена с клеммой для подключения соответствующей фазовой нагрузки.

Недостатком устройства является относительно высокий уровень коммутационных помех, поскольку управляющие импульсы канальных мощных тиристоров формируются из анодного напряжения, усложненность схемы управления, в которой для реализации управляющего ключа потребовалось три оптрона, два тиристора и семнадцать диодов, при этом упомянутые оптроны должны выдерживать амплитуду фазного напряжения сети, а тиристоры - амплитуду его линейного напряжения, все это снижает надежность устройства.

При создании изобретения решается задача по снижению уровня коммутационных помех и повышения надежности.

Существенное отличие изобретения заключается в том, что в симисторном коммутаторе, содержащем в каждой коммутируемой фазе симистор, включенный между сетью и нагрузкой, ограничительный резистор, первый и второй диоды, управляющий ключ, ограничительный резистор подсоединен первым выводом к управляющему электроду соответствующего симистора, вторым - к анодам упомянутых диодов, при этом катод первого диода фазы A и первого диода фазы B подсоединены к выходной клемме симисторного коммутатора фазы C; катод второго диода фазы A - к выходной клемме симисторного коммутатора фазы B; катод второго диода фазы B - к выходной клемме симисторного коммутатора фазы A; катоды диодов фазы C - к клеммам для подключения фаз A и B сети соответственно; управляющий ключ подключен параллельно управляющему переходу симистора фазы C.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - графики.

Устройство содержит симисторы 1 - 3, включенные между клеммами для подсоединения фаз A, B, C, сети и клеммами 4 - 6, к которым подсоединена нагрузка, ограничительные резисторы 7 - 9, первый 10 - 12 и второй 13 (14, 15) диоды, управляющий ключ 16, причем ограничительные резисторы подсоединены первым выводом к управляющему электроду соответствующего симистора, а вторым - к анодам диодов 10, 13; 11, 14; 12, 15; при этом катод первого диода 10 фазы A и первого диода 11 фазы B подсоединены к выходной клемме 6, катод второго диода 13 фазы A - к выходной клемме 5, катод второго диода 14 фазы B - к выходной клемме 4, катоды диодов 12 и 15 фазы C - к клеммам для подключения фаз A, B; управляющий ключ 16 подсоединен параллельно управляющему переходу симистора 3 фазы C.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии управляющий ключ 16 замкнут, управляющий переход симистора 3 зашунтирован, вследствие чего симистор закрыт, закрыты, соответственно, и симисторы 2, 3, и напряжение в нагрузке равно нулю. Ток через управляющий ключ 16 определяется выпрямленным двухпульсным напряжением (линейные напряжения между фазами C, A и C, B) и величиной сопротивления ограничительного резистора 9.

При размыкании управляющего ключа 16 - допустим, в момент времени по цепи: фаза C, управляющий переход симистора 3, ограничительный резистор 9, второй диод 15, фаза B начинает протекать ток, определяемый половиной амплитуды линейного напряжения между фазами C, B и величиной сопротивления резистора 9 (фиг. 2a), открывается симистор 3, вследствие чего замыкается цепь питания управляющего перехода симистора 1, по которой начинает протекать ток, определяемый половиной амплитуды линейного напряжения фазами A, C и величиной сопротивления резистора 7 (цепь: фаза A, управляющий переход симистора 1, ограничительный резистор 7, первый диод 10, симистор 3, фаза C, фиг. 2b). Симистор 1 включается, и в силовой цепи начинает течь ток от фазы A через симистор 1, нагрузку, симистор 3 к фазе C. С момента времени (фиг. 2c), когда потенциал фазы B становится более положительным в сравнении с потенциалом фазы C, по цепи: фаза B, управляющий переход симистора 2, ограничительный резистор 8, первый диод 11, симистор 3, фаза C течет ток, отпирающий симистор 2, вследствие чего в силовых цепях начинает протекать ток от фазы A через симистор 1, нагрузку, симисторы 3, 2 к фазам C и B соответственно. В момент времени когда U_B становится равным нулю (фиг. 2d) симистор 2 закрывается. С момента времени (по мере его роста) ток управления, протекающий по вышеупомянутой цепи, вновь включает симистор 2 (уже при другой полярности на его условном аноде). Величина тока через управляющий переход симистора 2 в этот момент определяется половиной амплитуды линейного напряжения между фазами B, C и величиной сопротивления резистора 8. Нагрузочный ток течет от фаз A, B, через симисторы 1, 2, нагрузку, симистор 3 к фазе C.

С момента времени ωt=π (фиг. 2b), когда происходит смена полярности фазы A, ток, протекающий в это время через управляющий переход симистора 1 (определяемый половиной амплитуды линейного напряжения между фазами A, C и резистором 7), вновь включает симистор 1 (который был закрыт в момент времени ωt=π ), и ток нагрузки течет от фазы B, симистор 2, нагрузку, симисторы 3, 1 к фазам C и A соответственно. Дальнейшее переключение симисторов происходит аналогично в соответствии с чередованием фаз питающей сети (фиг. 2a, 2b, 2c, 2d).

Для отключения устройства замыкается управляющий ключ 16, управляющий переход симистора 3 при этом шунтируется, что приводит к его закрытию и, когда напряжение на условных анодах симисторов 1, 2 становится одного знака, последние, закрываясь, уже в дальнейшем не открываются, что приводит к отключению нагрузки от питающей сети. На разомкнутом управляющем ключе 16 (коммутатор включен) присутствует напряжение, определяемое схемой двухпульсного выпрямления трехфазной сети и соотношением величин сопротивлений резистора 9 и управляющего перехода симистора 3 и составляющее по амплитуде при напряжении питания 380 В примерно 6 - 9 В.

Устройство содержит симисторы 1 - 3, включенные между клеммами для подсоединения фаз A, B, C сети и клеммами 4 - 6, к которым подсоединена нагрузка, ограничительные резисторы 7 - 9, первый 10 - 12 и второй 13 - 15 диоды, управляющий ключ 16, причем ограничительные резисторы подсоединены первым выводом к управляющему электроду соответствующего симистора, а вторым - к анодам диодов 10, 13; 11, 14; 12, 15; при этом катод первого диода 10 фазы A и первого диода 11 фазы B подсоединены к выходной клемме 6 фазы C симисторного коммутатора, катод второго диода 13 фазы A - к выходной клемме 5 фазы B, катод второго диода 14 фазы B - к выходной клемме 4 фазы A, катоды диодов 12 и 15 фазы C - к клеммам для подключения фаз A, B сети; управляющий ключ 16 подсоединен параллельно управляющему переходу симистора 3 фазы C. Технический результат изобретения: низкий уровень коммутационных помех, простая схема управления, использование низковольтного управляющего ключа. 2 ил.

Симисторный коммутатор, содержащий в каждой коммутируемой фазе симистор, включенный между клеммами для подсоединения фаз сети и нагрузки, ограничительный резистор, первый и второй диоды и управляющий ключ, отличающийся тем, что ограничительный резистор подсоединен первым выводом к управляющему электроду соответствующего симистора, а вторым - к анодам упомянутых диодов, при этом катод первого диода фазы A и первого диода фазы B подсоединены к выходной клемме симисторного коммутатора фазы C, катод второго диода фазы A - к выходной клемме симисторного коммутатора фазы B, катод второго диода фазы B - к выходной клемме симисторного коммутатора фазы A, катоды первого и второго диодов фазы C - к клеммам для подсоединения фазы A и B сети соответственно, управляющий ключ подключен параллельно управляющему переходу симистора фазы C, при этом выходные клеммы симисторного коммутатора соответствующих фаз являются клеммами для подсоединения соответствующих фаз нагрузки.