ТРЕХФАЗНЫЙ КОММУТАТОР Российский патент 2003 года по МПК H03K17/56 

Изобретение относятся и импульсной технике и может быть использовано для включения и отключения нагрузки любого характера.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является трехфазный коммутатор (1) (прототип), содержащий в каждой фазе два тиристора, включенных встречно-параллельно между входным и выходным выводами, выпрямительный мост, в котором катоды первого и второго соединенных анодами диодов подключены к управляющим электродам соответствующих тиристоров, а аноды третьего и четвертого соединенных катодами диодов подключены к катодам тиристоров, стабилитрон, включенный встречно-последовательно с фототиристором оптрона в выходную диагональ выпрямительного моста, причем светодиоды оптронов всех фаз включены последовательно и подсоединены к шинам управления; пятый диод, включенный встречно с четвертым диодом в цепь подключения анода четвертого диода к катоду соответствующего тиристора, первый резистор, подключенный первым выводом к точке соединения четвертого и пятого диодов, а вторым выводом - к выходному выводу следующей фазы, шестой диод, подключенный через второй резистор встречно-последовательно цепи из пятого диода и первого резистора.

Недостатком данного устройства является возникновение режима однополупериодного питания при повреждении типа "обрыв" одного из двух встречно-параллельно включенных тиристоров или потери управления одним из них, что приводит при двигательной или трансформаторной нагрузке к резкому возрастанию тока и, как следствие, к выходу из строя как самого коммутирующего устройства, так и коммутатора.

Целью изобретения является повышение надежности и долговечности как силового электрооборудования, так и коммутирующего устройства.

Указанная цель достигается тем, что в трехфазный коммутатор, содержащий в каждой фазе два тиристора, включенных встречно-параллельно между входным и выходным выводами, выпрямительный мост, в котором катоды первого и второго соединенных анодами диодов подключены к управляющим электродам соответствующих тиристоров, третий и четвертый диоды соединены катодами, анод третьего диода соединен с катодом первого тиристора, а анод четвертого диода через встречно-последовательно с ним соединенный пятый диод подключен к катоду второго тиристора, стабилитрон, включенный встречно-последовательно с фототиристором первого оптрона в выходную диагональ выпрямительного моста; цепь последовательно-согласно соединенных светодиодов первых оптронов всех фаз, шины управления, первый резистор, подключенный первым выводом к точке соединения четвертого и пятого диодов, а вторым выводом - к выходному выводу следующей фазы, шестой диод, подключенный через второй резистор встречно-параллельно последовательной цепи из пятого диода и первого резистора, -введен реагирующий орган, зашунтированный диодом в обратном включении, с размыкающим контактом, источник постоянного напряжения, а в цепь управления каждой пары соответствующих тиристоров введены второй оптрон, третий резистор, седьмой и восьмой диоды, причем светодиод второго оптрона подключен анодом к катоду фототиристора первого оптрона, а катодом - через третий резистор - к анодам седьмого и восьмого диодов, подключенных катодами к входному и выходному выводам соответствующей фазы коммутатора, фототиристоры вторых оптронов, соединенные между собой параллельно, подключены анодом к положительному полюсу источника постоянного напряжения, а катодом - к реагирующему органу, подключенному другим выводом к отрицательному полюсу упомянутого источника, цепь последовательно-согласно соединенных светодиодов первых оптронов всех фаз через размыкающий контакт реагирующего органа подключена к шинам управления.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в разработке такого трехфазного коммутатора, который позволяет выявить в процессе эксплуатации режим однополупериодного питания и отключать нагрузку от сети, предотвращая тем выход из строя как самой нагрузки, так и коммутатора.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема трехфазного коммутатора.

Коммутатор содержит в каждой фазе по два тиристора 1 и 2 (в фазе А), 3 и 4 (в фазе В), 5 и 6 ( в фазе С), включенных встречно-параллельно между входным выводом 7 (8, 9) и выходным выводом 10 (11, 12).

В фазе А выпрямительный мост образован первым и вторым диодами 13 и 14, которые соединены анодами и подключены катодами к управляющим электродам тиристоров 1 и 2 соответственно, а также третьим и четвертым диодами 15 и 16, у которых соединены катоды, причем анод третьего диада 15 соединен с катодом тиристора 1, а анод четвертого диода 16 через встречно-последовательно с ним соединенный пятый диод 17 подключен к катоду тиристора 2.

Аналогично выполнено подключение первого, второго, третьего и четвертого диодов 18-21 фазы В к управляющим электродам и катодам тиристоров 3 и 4 с использованием пятого диода 22, а также подключение первого, второго, третьего и четвертого диодов 23-26 фазы С к управляющим электродам и катодам тиристоров 5 и 6 с использованием пятого диода 27.

В фазе А в выходную диагональ моста из диодов 13-16 включены встречно-последовательно соединенные фототиристор первого оптрона 28 и стабилитрон 29.

В фазах В и С аналогично включена цепочка из фототиристора оптрона 30, стабилитрона 31 и фототиристора оптрона 32 и стабилитрона 33 соответственно.

Первый резистор 34 фазы А включен между точкой соединения анодов диодов 16 и 17 и выходным выводом 11 следующей фазы В. Встречно-параллельно последовательной цепи из диода 17 и резистора 34 включена последовательная цепь из шестого диода 35 и второго резистора 36.

Первый резистор 37 фазы В включен между точкой соединения анодов 21 и 22 и выходным выводом 12 следующей фазы С. При этом встречно-параллельно цепи из диода 22 и резистора 37 включена цепь из последовательно соединенных диода 38 и резистора 39.

Первый резистор 40 фазы С включен между точкой соединения анодов диодов 26 и 27 и выходным выводом 10 следующей фазы А. При этом встречно-параллельно цепи из диода 27 и резистора 40 включена последовательная цепь из диода 41 и резистора 42.

Устройство защиты от режима однополупериодного питания содержит реагирующий орган 43, зашунтированный диодом 44 в обратном включении, с размыкающим контактом 45, через который цепь последовательно-согласно соединенных светодиодов первых оптронов 28, 30, 32 подключена к шинам управления 46, 47, а также в каждой фазе второй оптрон 48 (49, 50), третий резистор 51 (52, 53), седьмой 54 (58, 56) и восьмой 57 (53,59) диоды, причем светодиод второго оптрона 48 (49, 50) фазы А (В, С) подключен анодом к катоду фототиристора первого оптрона 28 (30, 32), a катодом - через третий резистор 51 (52, 53) - к анодам седьмого 54 (55, 56) и восьмого 57 (58, 59) диодов, подключенных катодами к входному 7 (8, 9) и выходному 10 (11, 12) выводам фазы А (В, С), фототиристоры вторых оптронов 48-50, соединенные между собой параллельно, подключены анодом к положительному полюсу 60 источника постоянного напряжения 61, а катодом - к реагирующему органу 43, подключенному другим выводом к отрицательному полюсу 62 упомянутого источника.

Коммутатор работает следующим образом.

При подаче напряжения на входные выводы 7-9 и отсутствии управляющего напряжения в цепи светодиодов первых оптронов 28, 30, 32 управляющие цепи тиристоров 1-6 разобщены, тиристоры 1-6 закрыты, напряжение в нагрузке равно нулю. Также отсутствуют токи в цепях светодиодов вторых оптронов 48-50, вследствие чего их фототиристоры закрыты, и реагирующий орган 43 выключен.

Для включения устройства на шины 46, 47 подается напряжение, через светодиоды оптронов 23, 30, 32 начинает протекать ток, отпираются их фототиристоры, вследствие чего включаются тиристоры 1-6, подключая нагрузку к сети. Отключение устройства осуществляется снятием напряжения управления с шины управления 46, 47. С включением фототиристоров первых оптронов 28, 30, 32 замыкаются также цепи питания светодиодов вторых оптронов 48-50, но их фототиристоры не успевают открыться, поскольку время включения реагирующего органа 43 составляет 12-30 мс, а силовых тиристоров 1-6-15-30 мс, и последние, включившись, шунтируют цепи светодиодов вторых оптронов, например, при положительной полуволне напряжения в фазе А, включившийся тиристор 2 шунтирует цепь светодиода второго оптрона 48, состоящую из третьего диода 15, фототиристора первого оптрона 28, светодиода второго оптрона 48, третьего резистора 51, восьмого диода 57. При отрицательной полуволне напряжения в фазе В (рассматривается момент времени когда включаются тиристоры 2 и 3 фаз А и В), включившийся тиристор 3 вместе с пятым диодом 22 шунтирует цепь светодиода второго оптрона 49, состоящую из четвертого диода 21, фототиристора первого оптрона 30, светодиода второго оптрона 49, третьего резистора 52, седьмого диода 55. Таким образом, в нормальном режиме работы коммутатора устройство защиты не влияет на его работу. В случае выхода из строя, например, силового тиристора (повреждение типа "обрыв") в фазе А по цепи фаза А, третий диод 15, фототиристор первого оптрона 28, светодиод второго оптрона 48, третий резистор 51, восьмой диод 57, шестой диод 35, второй резистор 36, тиристор 3 (открытый), фаза В - протекает ток, открывается фототиристор второго оптрона 48 и подключает к источнику постоянного напряжения 61 реагирующий орган 43, который срабатывает и своим размыкающим контактом 45 отключает цепь светодиодов первых оптронов 28, 30, 32 от шин управления 46, 47, фототиристоры оптронов закрываются, прерывая цепи питания управляющих переходов тиристоров 1-6, последние закрываются, отключая нагрузку. Аналогично происходит отключение устройства при выходе из строя других тиристоров.

Для возвращения схемы защиты в исходное состояние с клемм 60,62 источника постоянного напряжения 61 снимается напряжение, реагирующий орган обесточивается и возвращает свой размыкающий контакт 45 в исходное состояние.

В сравнении с прототипом заявленное устройство отличается более широкими функциональными возможностями, позволяющими при повреждении вентилей типа "обрыв" или потери ими управляемости осуществить защиту трехфазной нагрузки от режима однополупериодного питания.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР 1598150 Н 03 К 17/56 "Трехфазный коммутатор", 1988 (прототип).

Трехфазный коммутатор содержит в каждой фазе по два тиристора, включенных встречно-параллельно между входным и выходным выводами. В фазе А выпрямительный мост образован первым и вторым диодами, которые соединены анодами и подключены катодами к управляющим электродам соответствующих тиристоров фазы А, а также третьим и четвертым диодами, у которых соединены катоды. Аналогично выполнено подключение первого, второго, третьего и четвертого диодов фазы В к управляющим электродам и катодам тиристоров фазы В с использованием пятого диода, а также подключение первого, второго, третьего и четвертого диодов фазы С к управляющим электродам и катодам тиристоров фазы С с использованием пятого диода. В фазе А в выходную диагональ моста из диодов включены встречно-последовательно соединенные фототиристор первого оптрона и стабилитрон. В фазах В и С аналогично включены цепочки из фототиристора оптрона, стабилитрона и фототиристора оптрона и другого стабилитрона соответственно. Технический результат: защита трехфазной нагрузки и коммутирующего устройства от режима однополупериодного питания при повреждении вентилей типа "обрыв" или потери ими управляемости. 1 ил.

Трехфазный коммутатор, содержащий в каждой фазе два тиристора, включенных встречно-параллельно между входным и выходным выводами, выпрямительный мост, в котором катоды первого и второго соединенных анодами диодов подключены к управляющим электродам соответствующих тиристоров, третий и четвертый диоды соединены катодами, анод третьего диода соединен с катодом первого тиристора, а анод четвертого диода через встречно-последовательно с ним соединенный пятый диод подключен к катоду второго тиристора, стабилитрон, включенный встречно-последовательно с фототиристором первого оптрона в выходную диагональ выпрямительного моста; цепь последовательно-согласно соединенных светодиодов первых оптронов всех фаз, шины управления, первый резистор, подключенный первым выводом к точке соединения четвертого и пятого диодов, а вторым выводом - к выходному выводу следующей фазы, шестой диод, подключенный через второй резистор встречно-параллельно последовательной цепи из пятого диода и первого резистора, отличающийся тем, что в него введен реагирующий орган, зашунтированный диодом в обратном включении, с размыкающим контактом, источник постоянного напряжения, а в цепь управления каждой пары соответствующих тиристоров введены второй оптрон, третий резистор, седьмой и восьмой диоды, причем светодиод второго оптрона подключен анодом к катоду фототиристора первого оптрона, а катодом через третий резистор - к анодам седьмого и восьмого диодов, подключенных катодами к входному и выходному выводам соответствующей фазы коммутатора, фототиристоры вторых оптронов, соединенные между собой параллельно, подключены анодом к положительному полюсу источника постоянного напряжения, а катодом - к реагирующему органу, подключенному другим выводом к отрицательному полюсу упомянутого источника, цепь последовательно-согласно соединенных светодиодов первых оптронов всех фаз через размыкающий контакт реагирующего органа подключена к шинам управления.