Тиристорный ключ Советский патент 1986 года по МПК H02M1/08 H02H7/10 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для бесконтактной коммутации с защитой от короткого замыкания и перегрузок С, КС,КЬС-це- пей, например, в источниках питания электротехнологических установок, в источниках реактивной мощности, в фильтрокомпенсирующих устройствах для сетей с мощными полупроводниковыми преобразователями.

Цель изобретения - улучшение условий работы и повьшение надежности работы тиристорного ключа за счет исключения сверхтоков и перенапряжений при коммутациях нагрузки с емкостными элементами.

На фиг.1 изображена схема тиристорного ключа; на фиг.2 - схема силового блока; на фиг.З - схема управляющего ключа; на фиг.4 - схема блока контроля напряжения; на фиг.З - схема блока управления; на фиг.6 - схема блока защиты.

Тиристорный ключ (фиг.1) состоит из силового блока 1,электронного управляющего ключа 2, блока 3 управлет ния, блока 4 защиты, блока 5 контроля напряжения.

Силовой блок 1 (фиг.2) содержит два тиристора 6 и 7,-включенных встречно-параллельно, два диода 8 и 9, трансформатор тока ТТ 10, шунтированный резистором 11, ограничительный резистор 12 и предохранитель 13. Силовой блок 1 включен последовательно с нагрузкой 14.

Тиристоры управляются широтно-им- пульсным способом, причем управляю- шле импульсы формируются из анодных напряжений тиристоров 6 и 7, при замыкании управляющего ключа 2 (фиг.З) состоящего из составного транзистора с общим коллектором, состоящего из транзисторов 15 и 16, резисторов 17 - 19, обеспечивающих нормальный режим работы транзисторов 15 и 16 и диодного моста на диодах 20 - 23. Одна диагональ диодного моста включена параллельно переходу.коллектор-эмиттер транзисторов 15 и 16, а вторая, являющаяся выходом управляющего ключа 2 ,- в силовой блок. Уп- равляюш 1Й ключ открыт для протекания Переменного тока при подаче положительного напряжения на базу транзистора 15 и заперт, если потенциал базы равен нулю.

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Блок 5 контроля напряжения (фиг.4) выполнен на резистивных делителях 24 - 27 напряжения, через которые на компаратор 28 с формирующей цепочкой подаются сигналы, пропорциональные напряжению на нагрузке 14, например на конденсаторе, и напряжению сети, к которой эта нагрузка подключается при помощи тиристорного ключа. Компаратор 28 выполнен на основе операционного усилителя 29, резисторов 30 - 32, а формирзтощая цепочка - на элементах 33 и 34. Выход компаратора 28 соединен с первым блоком оп- тронной развязкой 35, выполненной на основе элемента И-НЕ 36, оптрон- ной пары 37, резисторов 38 - 40 , и составного транзистора, состоящего из транзисторов 41 и 42. На выходе первого блока оптронной развязки 35 установлена дифференцирующая цепочка, состоящая из конденсатора 43 и резистора 44. Выход блока 5 контроля напряжения соединен с блоком 3 управления .

Блок 3 управления (фиг.5) представляет собой логическую схему, выполненную на десяти элементах И-ПЕ 45 - 54, -причем на элементах И-НЕ 49 и 50 выполнен -управляющий RS-триггер 55, а на элементах И-НЕ 5,2 и 53 - блокировочный RS-триггср 56. Резисторы 57-62, конденсаторы 63 и 64 обеспечивают нормальньй режим работы логических элементов. Резисторы 65 -- 68 обеспечивают нормальньй режим работы транзисторов 69 и 70.

Кнопка Вкл. 71 соединена с входами элемента И-НЕ 45, выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ 46, второй вход которого соединен с Q-выходом блокировочного RS- триггера 56, а выход - со входами элемента И-НЕ 47, выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ 48, второй вход которого соединен с выходом блока 5 контроля напряжения, а выход через формирующую цепь (конденсатор 63 и резисторы 58 - 60) - с R-входом управляющего RS-триггера 55, выходы Q и Q которого соединены соответственно с зеленой (Вкл. 72) и красной (Выкл. .73) сигнальными лампами через транзисторы 69 и 70. Выход Q управл яющего RS-триггера 55 связан также с R-входом блокировочного RS-триггера 56 и через вто

рой блок оптроннон развязки 74 - со входом управляющего ключа 2.

Кнопка Выкл. 75 соединена с первым входом элемента И-НЕ 53, второй вход которого соединен с выходом бло ка 4 защиты, а выход - со входами элемента И-НЕ 54, лыход которого соединен с S-входом управляющего триггера, S-вход блокировочного RS-триг- гера 56 соединен с кнопкой Выкл.75 и первым входом элемента И-НЕ 53.

Второй блок оптронной развязки 74 выполнен на основе элемента И-НЕ 76, оптронной пары 77, резисторов 78 - 80 и составного транзистора на тран- зисторах 81 и 82,

Блок 4 защиты (фиг.6), соединенный с силовым блоком 1 посредством трансформатора тока Ю с шунтированным резистором 11 (фиг.2), представ- ляет собой последовательно соедиг ен- ные неинвертирующий усилитель 83 переменного напряжения, повторитель 84 напряжения, прецизионный выпрямитель 85, RC-фильтр 86 и компаратор 87 с формирующей цепью, выполненные на основе операционных усилителей.

Тиристорный ключ работает следующим образом.

При нажатии кнопки Выкл.75 логическая схема блока 3 управления приходит в исходное состояние, при котором управляющий триггер 55 имеет состояние , Q 1, блокировочный триггер при этом имеет состояние , . В исходном состоянии на вход управляющего ключа 2 поступает нулевой сигнал (напряжение равно 0) и управляющий ключ 2 заперт. Следовательно, тиристорный ключ выключен и горит красная лампа 73.

На входы блока 3 управления кроме сигналов от кнопок поступают сигналы от блока 5 контроля напряжения и блока 4 защиты. Эти сигналы формируются следующим образом. На входы компаратора 28 блока 5 контроля напряжения поступают сигналы, пропорциональные напряжению на нагрузке (на конденсаторе) и напряжению питающей сети, к которой посредством тиристорного ключа подключается нагрузка. Компаратор 28 с формирующей цепью осуществляет сравнение этих напряжений и фиксацию момента их равенства. Сигнал с компаратора 28 поступает через первый блок оптронной развяэки 35 на дифференцирующую це

5

5 О

5

0

д

с

0

5

почку, состоящую из кондет1сатора 43 и резистора 44. Таким образом, блок 5 контроля напряжения вырабатывает узкие положительные импульсы в моменты равенства напряжения сети и напряжения на нагрузке. Следовательно, включение тиристорного ключа возможно лишь в данные моменты,что исключает возможность возникновения сверхтоков и перенапряжении при коммутации нагрузки с емкостными элементами .

Блок 4 защиты работает следующим образом. Сигнал, пропорциональный току йагрузки с шунта 11, включенного во вторичную обмотку трансформатора тока 10 проходит последовательно через неинвертирующий усилитель 83 переменного напряжения, повторитель 84 напряжения, прецизионный выпрямитель 85. С выхода выпрямителя 85 сигнал через RS-фильтр 86 поступает на первый вход компаратора 87 с формирующей цепочкой, на второй, вход которого подается напряжение Uycr уставки. Если напряжение сигнала Uj. исг 5 нaпpяжt:ниe на выходе компаратора равно +5 В, т.е. логической единице. В этом случае возможно включение тиристорного ключа нажатием кнопки Вкл.71, так как сигнал с выхода блока 4 защиты (в данном случае логическая единица) поступает в блок 3 управления и на второй вход элемента И-НЕ 53. Если в результате короткого замыкания или

перегрузки U. Uy. , то напряжение на выходе компаратора 87 становится равным нулю (логический нуль).Этот сигнал через элементы И-НЕ 53 и 54 поступает на вход управляющего триггера 55 и последний переходит в исходное состояние, что приводит к выключению тиристорного ключа (если он был включен).

При нажатии кнопки Вкл.71 и поступления узкого положительного им- лульса от блока 5 контроля напряжения на второй вход элемента И-НЕ 48, триггеры 55 и 56 переходят в противоположное состояние, т.е. триггер 55 находится в состоянии Q 1, , а 56 находится в состоянии , . На вход управляющего ключа 2 поступает положительное отпирающее напряжение, что приводит к его открьшанию и включению тиристорного ключа. Красная лампа 73 выключается.

а зеленая лампа 72 загорается. Одновременно на выходе блокировочного триггера 56 , сигнал поступает на второй вход элемента И-НЕ 46 и блокирует схему управления, т.е. исключает возможность повторного включения без предварительного нажатия кнопки Выкл. 75.

Таким образом, повторное включение тиристорного ключа может произойти только при поступлении импульса от блока 5 контроля напряжения, т.е. при равенстве напряжений на нагрузке и в сети.

При поступлении на второй вход элемента И-НЕ 53 сигнала, соответствующего логическому нулю (при сра- батьшании защиты), управляющий триггер 55 переходит в исходное состояние , , а на вход управляющего ключа 2 поступает нулевой сигнал, что обеспечивает выключение тиристорного ключа и соответствующее срабатывание сигнализации.

Формула изобретения

1. Тиристорный ключ, содержащий силовой блок, выполненньй на двух встречно-параллельно соединенных тиристорах и двух диодах и предназначенный для включения последовательно с нагрузкой, управляющий ключ, выход которого соединен с входом силового блока, выход которого соединен со входом блока защиты, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью улучшения условий работы и повышения надежности работы тиристорного ключа за счет исключения сверхтоков и перенапряжений при коммутациях нагрузки с емкостными элементами, в тиристор- ный ключ введен блок контроля напряжения, включаюшзий в себя датчик напряжения сети, напряжения на нагрузке, компаратор с формирующей цепочкой, первый блок оптронной развязки и дифференцирующую цепочку, а блок управления включает в себя управляющий RS-триггер, блокировочный RS-триггер, кнопку Вкл., кнопку Выкл., формирующую RS-цепочку, шесть элементов И-НЕ и второй блок

5

0

5

0

5

0

оптронной развязки, причем выход датчика напряжения сети и выход датчика напряжения на нагрузке подключены к соответствующим входам компаратора с формирующей цепочкой, выход KOTOpoi o через первый блок оптронной развязки подключен к входу дифференцирующей цепочки, выход которой использован в качестве выхода блока контроля напряжения, кнопка Вкл. соединена со входами первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, выход которого соединен со входами третьего элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И-НЕ, второй вход которого использован в качестве первого входа блока управления и соединен с выходом блока контроля напряжения, выход четвертого элемента И- НЕ через формирующую RS-цепочку сое-- динен с R-вxoдoм yпpaвляющeгo RS- тр иггера, выход Q которого соединен с R-входом блокировочного RS-тригге- ра и через второй блок оптронной развязки, выход которого использован в качестве выхода блока управления, соединен с входом управляющего ключа, кнопка Выкл. соединена с S-входом блокировочного RS-триггера, выход Q которого соединен со вторым входом второго элемента И-НЕ, и с первым входом пятого элемента И-НЕ, второй вход которого использован в качестве второго входа блока управления и соединен с выходом блока защиты, а выход пятого элемента И-НЕ соединен со входами шестого элемента И-НЕ, выход которого соединен с S-входом управляющего RS-триггера.

2. Тиристорньй ключ по П.1, о т - личающийся тем, что управ- ляющий ключ включает в себя составной транзистор с общим коллектором, база которого использована в качестве входа управляющего ключа, в переход коллектор-эмиттер которого включена первая диагональ диодного моста, вторая диагональ которого использована в качестве выхода управляющего ключа.

fO

I

СЕ

V5

W/2

п« пЛ

21 / 21

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для бесконтактной коммутации с защитой от короткого замыкания и.перегрузок C,R,C,- R,L,C- депей, например в источниках питания злектротехнологических установок, в источниках ре;актнвной мощност -, в фильтрокомпенсиру ощих устройствах для сетей с мощными полупроводниковыми преобразователями. Целью изобретения является улучшение условий работы и повышение надежности работы тиристорного ключа за счет исключения сверхтоков II перенапряжений при коммутациях нагрузки с еьпгост}1ыми элемента1 ш. На входы блока управления 3 поступают сигналы от блока контроля напряжения 5 и блока защиты 4. Блок контроля напряжения 5 вырабатывает .узкие положительные импульсы в моменты равенства напряжения сети и напряжения на нагрузке. Следовательно, включение тиристорного ключа силового блока 1 возможно лишь в данные моменты, что исключает возможность возникновения сверхтоков и перенапряжений при коммутации нагрузки с емкостными элементами. 2 з.п.ф-лы. 6 ил. Р 00 (иг.1

фиг. 2

Фие.

ИКЬлоку , 1 пра6ления

pu.f

. 5

фиг,

Редактор А.Ревин

Составитель О.Мещерякова

Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Пилипенко

Заказ 7132/57 Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,4