ТРЕХФАЗНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ КОММУТАТОР Российский патент 2003 года по МПК H03K17/08 H03K17/72 H02H7/22 

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

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является коммутатор [1] (прототип), содержащий оптронные тиристоры с последовательно соединенными резисторами по количеству фаз, каждый из которых подключен к выходным зажимам диагоналей соответствующих выпрямительных мостов, состоящих из полупроводниковых диодов, клеммы для подключения фаз сети, соединенных с катодами соответствующих фазных тиристоров, аноды которых соединены с клеммами для подключения нагрузки, при этом параллельно каждому фазному тиристору встречно-параллельно подключен дополнительный тиристор, причем катоды попарно связанных анодами диодов каждого выпрямительного моста соединены с управляющими электродами соответствующих фазных тиристоров, аноды других попарно связанных катодами диодов каждого выпрямительного моста - с анодами тиристоров, а светодиоды оптронов соединены последовательно и подключены к клеммам источника управляющего напряжения.

Недостатком известного коммутатора является усложненность схемы управления, так как на каждую пару фазных тиристоров требуется оптрон в соответствующем включении, необходимость в источнике управляющего напряжения током не менее 100 мА, связь цепей управления с цепями нагрузки, наличие в кривой выходного напряжения отсечки, поскольку управляющие иимпульсы фазных тиристоров формируются из анодного напряжения. Все это снижает надежность устройства, приводит к появлению в нем внутренних шумов во включенном состоянии.

При создании изобретения решалась задача по повышению надежности, снижению уровня коммутационных помех во включенном состоянии.

Существенное отличие предлагаемого коммутатора заключается в том, что в трехфазный коммутатор, содержащий управляющий ключ и в каждой коммутируемой фазе токоограничивающий резистор, первый и второй тиристоры, включенные встречно между входными и выходными шинами, первый диод, подключенный анодом к соответствующей входной шине, второй диод, подключенный катодом к управляющему электроду первого тиристора, третий диод, для двух фаз третьи диоды подключены катодами к управляющим электродам вторых тиристоров, введен дополнительный тиристор с шестым диодом, а в цепь каждой коммутируемой фазы введены четвертый и пятый диоды, два стабилитрона, при этом четвертый диод включен в прямом направлении между анодом первого тиристора и входной шиной, пятый диод подключен катодом к аноду первого тиристора, анодом к катоду первого стабилитрона, подсоединенного анодом к аноду второго диода, первому выводу токоограничивающего резистора и для двух фаз - к катоду второго стабилитрона, связанного анодом с анодом третьего диода, а для третьей фазы - к аноду третьего диода подключенного катодом к аноду шестого диода и первому выводу управляющего ключа, выполненному в контактном варианте и подсоединенному вторым выводом через второй стабилитрон, включенный встречно-последовательно по отношению к третьему диоду, к управляющему электроду второго тиристора, вторые выводы токоограничивающих резисторов подключены к катоду дополнительного тиристора, подсоединенного анодом к катодам первых диодов, а управляющим электродом - к катоду шестого диода.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в разработке коммутатора с более простой схемой управления, в которой через управляющий ключ протекает существенно сниженный ток, а 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.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства.

Трехфазный тиристорный коммутатор содержит в каждой коммутируемой фазе первый 1(2, 3) и второй 4(5, 6) тиристоры, включенные встречно между входной А(В, С) и выходной 7(8, 9) шинами, четвертый диод 10(11, 12), включенный в прямом направлении между анодом первого тиристора 1(2, 3) и входной шиной А(В, С), первый диод 13(14, 15), подключенный анодом к соответствующей входной шине А(В, С), второй диод 16(17, 18), подключенный катодом к управляющему электроду первого тиристора 1(2,3) а анодом - к аноду первого стабилитрона 19 (20,21), третий диод 22(23,24), включенный катодом - для двух фаз (А, В)- к управляющему электроду второго тиристора 4(5),а анодом - к аноду второго стабилитрона 25(26) и для третьей фазы (С) через управляющий ключ 27, выполненный в контактном варианте, и встречно-последовательно соединенный с диодом 24, второй стабилитрон 28 - к управляющему электроду второго тиристора 6, пятый диод 29(30, 31), подключенный катодом к аноду первого тиристора 1 (2,3), анодом - к катоду первого стабилитрона 19(20, 21), первому выводу токоограничивающего резистора 32(33,34) и для двух фаз (А,В) - к катодам вторых стабилитронов 25 (26), а для третьей фазы(С) - к аноду третьего диода 24, при этом дополнительный тиристор 35 подключен анодом к катодам первых диодов 13-15, катодом - к вторым выводам токоограничивающих резисторов 32-34, а управляющим электродом - к катоду шестого диода 36, соединенного анодом к катоду третьего диода 24 и первому выводу управляющего ключа 27.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии управляющий ключ 27 разомкнут, дополнительный тиристор 35 закрыт, цепи управления тиристоров 1-6 разобщены, напряжение в нагрузке равно нулю. При замыкании управляющего ключа 27 в момент времени ωt=0 по цепи - фаза С, управляющий переход второго тиристора 6, второй стабилитрон 28, управляющий ключ 27, шестой диод 36, управляющий переход дополнительного тиристора 35, токоограничивающий резистор 33, второй стабилитрон 26, третий диод 23, управляющий переход второго тиристора 5, фаза В - начинает протекать ток, при этом к аноду тиристора 5 через первый стабилитрон 20, второй диод 17 и управляющий переход первого тиристора 2 прикладывается положительная полуволна линейного напряжения между фазами С и В, тиристор 5 открывается, и в цепи управляющего перехода тиристора 2 появляется ток, тиристор 2 также открывается (хотя диод 11 в это время заперт), и ток из управляющих переходов тиристоров 5 и 2 отводится в главную цепь через пятый диод 30, сводя благодаря стабилитронам 20 и 23 потери в них к минимуму (причем нагрузкой тиристоров 5 и 2 является в это время управляющие переходы тиристоров 6, 35 и токоограничивающий резистор 33), одновременно открывается дополнительный тиристор 36, замыкающий цепи управления фазных тиристоров 1-6 (введение шестого диода 36 предотвращает выход из строя дополнительного тиристора 35 после его включения (переход анод - управляющий электрод), а также второго тиристора 6 фазы С (управляющий переход), т. к. диод 36 включен встречно по отношению к диодам 13-15). В момент времени потенциал фазы С становится отрицательным и по цепи - фаза А, первый диод 13, дополнительный тиристор 35, токоограничивающий резистор 34, третий диод 24, управляющий ключ 27, второй стабилитрон 28, управляющий переход второго тиристора 6, фаза С - течет ток, открывающий тиристор 6, после его отпирания появляется ток в цепи управляющего перехода первого тиристора 3, который также открывается, с помощью пятого диода 31 разгружаются цепи управляюющих переходов фазных тиристоров 6 и 3 (как описано выше), нагрузкой тиристоров 6 и 3 является токоограничивающий резистор 34 (до момента времени ). В момент времени потенциал фазы В становится положительным, тиристор 5 закрывается, четвертый диод 11 открывается, и через ранее открытый первый тиристор 2 в нагрузке начинает протекать ток от фазы В к фазе С (через тиристор 6), а ток из цепи управляющего перехода тиристора 3 отводится в главную цепь через пятый диод 31 и четвертый диод 12, (смещенный током нагрузки в прямом направлении). Включение остальных тиристоров происходит аналогично в соответствии с чередованием фаз питающей сети (см. таблицу).

Благодаря наличию четвертых диодов 7-9 включение первых тиристоров 1-3 происходит ранее появления на их анодах положительного потенциала. Отключение устройства осуществляется размыканием управляющего ключа 27, при этом разрывается цепь питания управляющих переходов фазных тиристоров 6 и 3, которые закрываются, что приводит к выключению дополнительного тиристора 35.

Данное устройство можно применить и для коммутации электродвигателей, для чего точку соединения анода пятого диода 31 и катода первого стабилитрона 21 переключают от первого вывода токоограничивающего резистора 34 к катоду второго стабилитрона 28. В этом случае через управляющий ключ 27 протекает ток, составляющий треть от тока через дополнительный тиристор 35.

В сравнении с прототипом заявленный трехфазный тиристорный коммутатор отличается существенно сниженным током через управляющий ключ, более простой схемой управления, отделенной от цепи нагрузки и питающейся напряжением, опережающим анодное напряжение фазных тиристоров. Все это позволило повысить надежность устройства и осуществить более полную передачу напряжения сети в нагрузку.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 921084, Н 03 К 17/56, 1982г. "Коммутатор".

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для включения и отключения трехфазной нагрузки. Техническим результатом является повышение надежности, снижение уровня коммутационных помех во включенном состоянии. Трехфазный тиристорный коммутатор содержит в каждой коммутируемой фазе токоограничивающий резистор, два встречно включенных между входной и выходной шинами тиристора, пять диодов и два стабилизатора. Дополнительно введены дополнительный тиристор с шестым диодом и управляющий ключ в контактном варианте. Управление тиристорами в каждой фазе обеспечивает включение и выключение контактного управляемого ключа и дополнительного тиристора. В трехфазном коммутаторе обеспечивается снижение токов через управляющие электроды в каждой фазе, упрощается схема управления, которая отделена от цепи нагрузки и питается напряжением, опережающим анодное напряжение фазных тиристоров. В результате надежность устройства повысилась и осуществляется более полная передача напряжения сети в нагрузку. 1 табл., 1 ил.

Трехфазный тиристорный коммутатор, содержащий управляющий ключ и в каждой коммутируемой фазе токоограничивающий резистор, первый и второй тиристоры, включенные встречно между входными и выходными шинами, первый диод, подключенный анодом к соответствующей входной шине, второй диод, подключенный катодом к управляющему электроду первого тиристора, третий диод, для двух фаз третьи диоды подключены катодами к управляющим электродам вторых тиристоров, отличающийся тем, что введен дополнительный тиристор с шестым диодом, а в цепь каждой коммутируемой фазы введены четвертый и пятый диоды, два стабилитрона, при этом четвертый диод включен в прямом направлении между анодом первого тиристора и выходной шиной, пятый диод подключен катодом к аноду первого тиристора, анодом - к катоду первого стабилитрона, подсоединенного анодом к аноду второго диода, первому выводу токоограничивающего резистора и для двух фаз - к катоду второго стабилитрона, связанного анодом с анодом третьего диода, подключенного катодом к аноду шестого диода и первому выводу управляющего ключа, выполненному в контактном варианте, и подсоединенному вторым выводом через второй стабилитрон, включенный встречно-последовательно по отношению к третьему диоду, к управляющему электроду второго тиристора, вторые выводы токоограничивающих резисторов подключены к катоду дополнительного тиристора, подсоединенного анодом к катодам первых диодов, а управляющим электродом - к катоду шестого диода.