ТРЕХФАЗНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ КОММУТАТОР Российский патент 1999 года по МПК H03K17/18 

Изобретение относится к электронной коммутационной технике, в частности к коммутаторам, срабатывающим при пересечении нулевого уровня трехфазного переменного напряжения, и может быть использовано для коммутации трехфазной нагрузки в цепях питания переменным трехфазным током различных радиоэлектронных устройств.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является трехфазный коммутатор (1) (прототип), содержащий шесть фазных тиристоров, у которых катоды первого, второго и третьего и аноды четвертого, пятого и шестого подключены к соответствующим шинам питания, аноды первого, второго и третьего и катоды четвертого, пятого и шестого подключены к соответствующим выходным шинам, шесть светодиодов оптически связанных с соответствующими фазными тиристорами, причем катоды первого, второго и третьего светодиодов соединены с соответствующими шинами питания, а аноды - с катодами первого, второго и третьего диодов соответственно, катоды четвертого, пятого и шестого светодиодов соединены с соответствующими выходными шинами, а аноды - с катодами четвертого, пятого и шестого диодов соответственно; шесть диодов, шесть резисторов, шесть тиристорных оптронов, у которых катоды фототиристоров первого, второго и третьего тиристорного оптрона подключены к соответствующим шинам питания, аноды соединены с анодами первого, второго и третьего диодов и через соответствующие резисторы - с выходными шинами; катоды фототиристоров четвертого, пятого и шестого тиристорных оптронов подключены к соответствующим выходным шинам, аноды - к анодам четвертого, пятого и шестого диодов и через четвертый, пятый и шестой резисторы - к соответствующим шинам питания; светодиоды тиристорных оптронов соединены последовательно согласно и подключены к шинам управления.

Недостатком данного устройства является относительно высокий уровень коммутационных помех, поскольку управляющие импульсы фазных тиристоров формируются из анодного напряжения, причем цепи управления связаны с нагрузкой, которая в общем случае может быть любого характера; усложненность схемы управления, содержащей шесть тиристорных оптронов, что приводит к понижению надежности, присутствие в нагрузке при выключенном коммутаторе напряжения помехи, определяемого фазовым напряжением сети и соотношением сопротивлений токоограничивающих резисторов и нагрузки, что снижает диапазон коммутируемых мощностей.

При создании изобретения ставилась задача по снижению уровня коммутационных помех, повышению надежности, расширению диапазона коммутируемых мощностей.

Изобретение заключается в том, что в трехфазный тиристорный коммутатор, содержащий шесть фазных тиристоров, у которых катоды первого, второго и третьего и аноды четвертого, пятого и шестого фазных тиристоров подключены у соответствующим шинам питания, аноды первого, второго и третьего и катоды четвертого, пятого и шестого фазных тиристоров подключены к соответствующим выходным шинам; шесть светодиодов, оптически связанных с соответствующими фазными тиристорами, шесть диодов, соединенных последовательно согласно с упомянутыми светодиодами, шесть резисторов, три тиристорных оптрона, светодиоды которых соединены последовательно и подключены к шинам управления, в каждую фазу введены шесть диодов и два пороговых элемента, катоды светодиоды первого, второго и третьего фазных тиристоров соединены через седьмой, восьмой и девятый диоды с соответствующими шинами питания, а аноды первого второго и третьего диодов через соединенные с ними последовательно согласно первый, второй и третий пороговый элемент-стабистор - с первыми выводами первого, второго и третьего резисторов, вторые выводы которых соединены с шиной питания последующей фазы; аноды светодиодов четвертого, пятого и шестого фазного тиристора соединены через десятый, одиннадцатый и двенадцатый диоды с соответствующими шинами питания, а катоды четвертого, пятого и шестого диодов через соединенные с ними последовательно согласно четвертый, пятый и шестой пороговый элемент-стабистор - с первым выводом четвертого, пятого и шестого резисторов, подсоединенных вторыми выводами к шинам питания последующей фазы; тринадцатый, четырнадцатый и пятнадцатый диоды подсоединены анодом к катоду светодиодов первого, второго и третьего фазного тиристора и катоду фототиристора первого, второго и третьего оптронного тиристора, а катоды - к первому выводу четвертого, пятого и шестого резистора соответственно; шестнадцатый, семнадцатый и восемнадцатый диоды подсоединены катодом к аноду светодиодов четвертого, пятого и шестого фазных тиристоров и аноду фототиристора первого, второго и третьего оптронного тиристора, а анодом - к первому выводу первого, второго и третьего резисторов соответственно; девятнадцатый, двадцатый и двадцать первый диоды подсоединены катодом к соответствующим выходным шинам, а аноды - к первому выводу первого, второго и третьего резистора соответственно; двадцать второй, двадцать третий и двадцать четвертый диоды подсоединены анодом к соответствующим выходным шинам, а катоды - к первому выводу четвертого, пятого и шестого резисторов соответственно.

В данном трехфазном тиристорном коммутаторе цепи управления фазных тиристоров отделены от цепей нагрузки, питание их осуществляется напряжением, опережающим анодное напряжение фазных тиристоров, что позволяет получить управляющие импульсы достаточной крутизны и амплитуды и, следовательно, уменьшить анодное напряжение, при котором происходит каждое очередное отпирание фазных тиристоров, снизить внутренние шумы устройства во включенном состоянии и осуществить более полную передачу напряжения сети в нагрузку; количество оптронных тиристоров, осуществляющих его коммутацию, сокращено вдвое; устранено в нагрузке напряжение помехи при выключенном устройстве.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема трехфазного тиристорного коммутатора.

Коммутатор содержит шесть фазных тиристоров 1-6, причем катоды 1-3 и аноды 4-6 фазных тиристоров подключены к соответствующим шинам питания A, B, C; аноды 1-3 и катоды 4-6 фазных тиристоров подключены к соответствующим выходным шинам 7-9; шесть светодиодов 10 - 15, оптически связанных с соответствующими фазными тиристорами; первый 16, второй 17 и третий 18 тиристорные оптроны, светодиоды которых соединены последовательно и подключены к шинам 19, 20 управления; первый 21, второй 22, третий 23, четвертый 24, пятый 25 и шестой 26 диоды, соединенные последовательно согласно с соответствующими светодиодами 10-15 фазных тиристоров 1-6, первый 27, второй 28, третий 29, четвертый 30, пятый 31, шестой 32, резисторы; восемнадцать диодов 33-50 и шесть 51-56 пороговых элементов (стабисторов), в качестве которых можно использовать и диоды. Катоды 10-12 светодиодов фазных тиристоров 1-3 соединены через седьмой, восьмой и девятый диоды 33-35 с соответствующими шинами питания A, B, C; аноды первого, второго и третьего диодов 21-23 через соединенные с ними последовательно согласно пороговые элементы 51-53 с первыми выводами резисторов 27-29, вторые выводы которых соединены с шиной питания последующей фазы B (C, A); аноды 13-15 светодиодов фазных тиристоров 4-6 соединены через десятый, одиннадцатый и двенадцатый диоды 36-38 с соответствующими шинами питания A, B, C катоды диодов 24-26 через соединенные с ними последовательно согласно пороговые элементы 54-56 - с первым выводом резисторов 30-32, подсоединенных вторыми выводами к шинам питания последующей фазы B (C, A); тринадцатый 39, четырнадцатый 40 и пятнадцатый 41 диоды подсоединены анодом к катодам светодиодов 10-12 фазных тиристоров 1-3 и катодам фототиристоров оптронных тиристоров 16-18, а катодом - к первому выводу резисторов 30 - 32 соответственно; шестнадцатый 42, семнадцатый 43 и восемнадцатый 44 диоды подсоединены катодом к анодам светодиодов 13-15 фазных тиристоров 4-6 и анодам фототиристоров оптронных тиристоров 16 - 18, а анодом - к первому выводу резисторов 27-29 соответственно; девятнадцатый 45, двадцатый 46 и двадцать первый 47 диоды подсоединены катодом к соответствующим выходным шинам 7-9, а анодом - к первому выводу резисторов 27-29; двадцать второй 48, двадцать третий 49 и двадцать четвертый 50 диоды подсоединены анодом к выходным шинам 7-9, а катодом - к первому выводу соответствующего резистора 30-32.

Устройство работает следующим образом.

Если силовое питание подано в момент времени ωt = 0, то при отсутствии напряжения на шинах 19, 20 ток по цепи светодиодов оптронных тиристоров 16-18 не протекает и фототиристоры этих оптронов находятся в непроводящем состоянии.

По цепи - фазы C, резистор 28, стабистор 52, диод 22, светодиод 11, фазного тиристора 2, диод 34, фаза B - протекает ток, поддерживающий открытое состояние оптически связанного с ним тиристора 2, после его открытия ток из цепи светодиода 11 отводится в сеть посредством диода 46 по цепи: фаза C, резистор 28, диод 46, тиристор 2, фаза B; по цепи - фаза C, диод 38, светодиод 15 фазного тиристора 6, диод 26, стабистор 56, резистор 32, фаза A - протекает ток, открывающий тиристор 6, после его открывания ток из цепи светодиода 15 с помощью диода 50 отводится в сеть по цепи; фаза C, фазный тиристор 6, диод 50, резистор 32, фаза A; по цепи - фаза A, диод 36, светодиод 13 фазного тиристора 4, диод 24, стабистор 54, резистор 30, фаза B - протекает ток, открывающий тиристор 4, после чего с помощью диода 48 шунтируется его цепь управления. В силовых цепях ток течет от фаз C, A фазные тиристоры 6, 4, нагрузку, тиристор 2 к фазе B.

В момент времени ωt = π/6 по цепи - фаза A, резистор 29, диод 47, фазный тиристор 6 (смещенный током нагрузки в прямом направлении), фаза C - течет ток, минующий цепь светодиода 12 (анодное напряжение тиристора 3 в это время отрицательно), в момент времени ωt = π/3 тиристор 6 запирается и ток управления смещается в цепь светодиода 12 через резистор 29, стабистор 53, диод 23, светодиод 12, диод 35 к фазе C; тиристор 3 отпирается и шунтируется с помощью диода 47 свою входную цепь (светодиод 12), и в нагрузочных цепях ток течет от фазы A тиристор 4, нагрузку, тиристоры 5, 6 к фазам B, C.

Включение остальных тиристоров происходит аналогично в соответствии чередованием фаз питающей сети.

При подаче напряжения на шины 19, 20 в цепи светодиодов оптронов 16-18 начинает протекать ток, вызывая из свечение, вследствие чего фототиристоры этих оптронов переходят в проводящее состояние, сопротивления открытых фототиристоров шунтируют светодиоды фазных тиристоров. Так, при положительной полуволне напряжения в фазе A цепь из последовательно соединенных светодиодов 13, диода 24 и стабистора 54 шунтируется цепочной, состоящей из последовательно соединенных фототиристоров оптрона 16 и диода 39, при этом падение напряжения на последних воспринимается практически целиком стабистором 54; при отрицательной полуволне напряжения в фазе A цепи из последовательно соединенных светодиода 10, диода 21 и стабистора 51 шунтируется цепочной из последовательно соединенных фототиристора оптрона 16 и диода 42.

Такие же функции выполняют фототиристор оптрона 17 для светодиода 11, 14 фазных тиристоров 2, 4; фототиристор оптрона 18 для светодиодов 12, 15 фазных тиристоров 3, 6.

Вследствие этого свечение светодиодов фазных тиристоров 1-6 прекращается. Тиристоры 1-6 закрываются, причем их выключение происходит в момент достижения соответствующим разным напряжением нулевого значения. Таким образом нагрузка последовательно отключается от фаз питающей сети в течение не более одного полупериода с момента подачи управляющего напряжения. При снятии напряжения с шин 19, 20 происходит обесточивание цепи светодиодов оптронов 16-18, что приводит к прекращению их свечения. Фототиристоры оптронов 16-18 закрываются, причем их выключение происходит в моменты достижения соответствующим разным напряжением нулевого значения. В эти моменты прекращается шунтирование соответствующих цепочек, состоящих из светодиодов, диодов и стабисторов: 10, 21 и 51; 13, 24 и 54; 11, 22 и 52; 14, 25 и 55; 12, 23 и 53; 15, 26 и 56, что вызывает появление свечения соответствующих светодиодов и включение соответствующих фазных тиристоров 1-6.

Таким образом нагрузка последовательно подключается к фазам питающей сети в моменты равенства нулю значений разных напряжений. Подключение производится за время не более длительности одного полупериода с момента отключения управляющего напряжения. Коммутатор переходит в исходное состояние.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1541768, H 03 K 17/78, 1990.

Трехфазный тиристорный коммутатор содержит шесть фазных тиристоров, у которых катоды первого - третьего и аноды четвертого - шестого фазных тиристоров подключены к соответствующим шинам питания, аноды первого - третьего и катоды четвертого - шестого фазных тиристоров подключены к соответствующим выходным шинам, шесть светодиодов, оптически связанных с соответствующими фазными тиристорами, шесть диодов, соединенных последовательно согласно с упомянутыми светодиодами, шесть резисторов, три тиристорных оптрона, светодиоды которых соединены последовательно и подключены к шинам управления, а также введенные в каждую фазу по шесть дополнительных диодов и два пороговых элемента. В предложенном трехфазном тиристорном коммутаторе цепи управления фазных тиристоров отделены от цепей нагрузки, питание их осуществляется напряжением, опережающим анодное напряжение фазных тиристоров, что позволяет уменьшить анодное напряжение, при котором происходит каждое очередное отпирание фазных тиристоров, снизить внутренние шумы устройства во включенном состоянии и осуществить более полную передачу напряжения сети в нагрузку. 1 ил.

Трехфазный тиристорный коммутатор, содержащий шесть фазных тиристоров, у которых катоды первого - третьего и аноды четвертого - шестого фазных тиристоров подключены к соответствующим шинам питания, аноды первого - третьего и катоды четвертого - шестого фазных тиристоров подключены к соответствующим выходным шинам, шесть светодиодов, оптически связанных с соответствующими фазными тиристорами, шесть диодов, соединенных последовательно согласно с упомянутыми светодиодами, шесть резисторов, три тиристорных оптрона, светодиоды которых соединены последовательно и подключены к шинам управления, отличающийся тем, что в него введены восемнадцать дополнительных диодов и шесть пороговых элементов, например стабисторов, катоды светодиодов первого - третьего фазных тиристоров соединены через соответственно первый - третий дополнительные диоды с соответствующими шинами питания, аноды первого - третьего диодов через соединенные с ними последовательно согласно соответствующие первый - третий пороговые элементы соединены с соответствующими первыми выводами первого - третьего резисторов, вторые выводы которых соединены с шинами питания
последующих относительно фаз, связанных с первыми выводами соответствующих резисторов, светодиодов, аноды светодиодов четвертого - шестого фазных тиристоров соединены через соответствующие четвертый - шестой дополнительные диоды с соответствующими шинами питания, катоды четвертого - шестого диодов через соответствующие четвертый - шестой пороговые элементы соединены с первыми выводами соответствующих четвертого - шестого резисторов, вторые выводы которых подключены к шинам питания последующих относительно фаз, связанных с первыми выводами соответствующих резисторов, светодиодов, седьмой - девятый дополнительные диоды подсоединены анодами к катодам светодиодов соответствующих первого - третьего фазных тиристоров и катодам фототиристоров первого - третьего оптронных тиристоров, а катодами - к первым выводам четвертого - шестого резисторов соответственно, десятый - двенадцатый дополнительные диоды подсоединены катодами к анодам светодиодов соответствующих четвертого - шестого фазных тиристоров и анодам фототиристоров первого - третьего оптронных тиристоров, а анодами - к первым выводам первого - третьего резисторов соответственно, тринадцатый - пятнадцатый дополнительные диоды подсоединены катодами к соответствующим выходным шинам, анодами - к первым выводам первого - третьего резисторов соответственно, шестнадцатый - восемнадцатый дополнительные диоды подсоединены анодами к соответствующим выходным шинам и катодами к первым выводам четвертого - шестого резисторов соответственно.