Устройство для включения силового управляемого вентиля Советский патент 1989 года по МПК H02M1/08 

ел

ND

to

01

п .

Ияо:) riiHHc ОТНОСИТСЯ К электро технике, в частности к полупроводниковой преобразовательной технике, и может быть испольэовано в качестве формирователя одиночных импульсов синусоидального тока длительностью не более полупериода колебаний напряжения сети переменног о тока, используемого, например, в системах телемеханической пе- редачи информации о состоянии сетей наружного освещения по сетям питания осветительных; электроустановок.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повьппе ние надежности, расширение области применения путем обеспечения возможности включения симистора.

На фиг,1 приведена электрическая схема устройства для включения сило- вого управляемого вентиля-тиристора; на фиг,2 - временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу устройства на фиг.1; на фиг.З - электрическая схема устройства для включения силового управляемого вентиля - симистора, управляемого одно- полярными импульсами; на фиг,4 - временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу устройства; на фиг,5 - электрическая схема устройства для включения силового управляемого вентиля - симистора, управляемого разнополярными импульсами; на фиг,6 временные диаграммы токов и напряже- НИИ, поясняющие работу устройства на фиг 5; на фиг.7 и 8-варианты вьтол- нения схем фазосмещающего блока,

Устройство для включения силового управляемого вентиля (фиг,1) имеет силовые клеммы Ьи 2, предназначенны для подключения к сети переменного тока, К клеммам 1 и 2 подключены последовательно соединенные резистор 3 и силовой управляемый вентиль 4, в качестве которого здесь используется тиристор, а Уакже подключешя параллельно соединенные резисторные делители напряжения 5 и 6 и фазосмещаи - щий блок 7. Управляющий электрод силового управляемого вентиля 4 подключен к выходу делителя напряжения 5 через последовательно соединенные резистор 8, фототиристоры тиристор- ных оптронов 9, 10, 11 и диод 12, Клемма 2 соединена через резистор 13 с точкой соединения фототиристоров оптронов 10 и 11, а также соединена через конденсатор 14 с точкой

з

0 5 0 5

0

5

соединения фототиристора оптрона 11 и диода 12, Цепи управления устройства на фиг.1 связаны с выходом делителя напряжения 5 через диод 15 и с выходом делителя напряжения 6, а управление данным, устройством осуществляется с помощью транзисторного ключа 16, Особенностью устройства на фиг,1 является то, что транзисторный ключ 16 установлен в диагонали выпрямительного моста, образованного диодами 17 и 18 и светодиодами оптронов 10, 11. Точка соединения свето - диодов оптронов 10, 11 подключена к выходу делителя напряжения 6, точка соединения диодов 17, 18 подключена к клемме 2, а коллектор транзисторного ключа 16 соединен с катодом диода 15, К выходу фазосмещающего блока 7 подключены встречно-параллельно включенные диод 19 и свето- диод оптрона 9,

Отличительной особенностью устрой ства для включения силового управляемого вентиля (фиг,3), в сравнении с устройством на фиг,1, является то, что в качестве силового управляемого вентиля 4 используется гимиг- тор, управляемый однополярными импульсами, В связи с этим в устройстве на фиг,3 цепь, образованная из последовательно соединенных фототиристоров оптронов 9 и 0, шунтируется цепью, образованной из пос- .;едовательно соединенных фототирис,то-- ров тиристорных оптронов 20 и 21, фототи ристор оптрона 11 щунтируется фототиристором тиристорного оптрона 22, К выходу фазосмещающего блока 7 подключены встречно-параллельно соединенные светодиоды оптронов 9 и 20, введен дополнительный транзисторный ключ 23, а к выходу делителя напряжения 5 анодом подключен диод. 24, катодом соединенный с коллектором транзисторного ключа 23, Отличие устройства состоит еще и в том, что транзисторный ключ 16 установлен в диагонали моста, образованного двумя цепями, одна из которых состоит из последовательно соединенных диода 25 и светодиода оптрона 11, а другая состоит из последовательно соединенных диода 26 и светодиода отрона 10, причем точка соединения диода 25 и светодиода оптрона 11 подключе на к клемме 2, а к точке соединение диода 26 и светодиода оптрона 10 под

ключеи выход делителя напряжения 6. Параллельно цепи, образованной све- тоциодами оптроиов 10 и 11, подключе на аналогичная цепь, образованная из светодиодов оптронов 21 и 22, а точки подключений светодиодов оптронов 21 и 22 и диодов 25 и 26 соединены через транзисторный ключ 23.

В устройстве для включения силово го управляемого вентиля (фиг.5) в качестве вентиля А используется си- мистор, управляемый разнополярными импульсами. Здесь, в отличие от схемы устройства на фиг.1, дополнительно тиристорнь е оптроны 27, 28, 2У, диод 30, резистор 31 и конденсатор 32, причем точка соединения резистора 8 и фоготиристора октрона 9 подк.почена к выходу делителя напряжения 5 через последовательно и встречно диоду 12 включенные фототиристоры отронов 27, 28, 2 и диод 30, а точка соединения фототириг.то- ров оптро}1ов 28 и 29 и точка соединения фототиристора оптрона 29 и диода 30 подключены, соответственно, герез резистор 31 и кон::ансатор 32 к клемме 2. Цепи упрг1В)1ения устройством на фиг.5 вьшолнены аналогично, как и в устройстве на фиг.З, отличие состоит в том, что вместо сьетодио- дов оптронов 20, 21, 22, используе- Mt.ix в устройстве на фиг.З, в устройстве на фиг.З используются свето- диоды оптронов 27, 28, 29, кроме того в устройстве на фиг.5 транзисторный ключ 23 соединен эмиттером с выходом делителя напряжения 5 через диод 33, соединенный с диодом 1 5 встречно.

Фазосмещающий блок 7 на фиг.7, испол1. в устройствах на фиг.1, 3, 3)состоит из последовательно выключенных Г-образных четырехполюсников, каждый ич которых реализован на базе резистора 34 и конденсатора 35. На выходе рассматриваемого фаэо- смещающего блока 7 установлена RC- цепь, аналогичная используемой в четырехполюсниках.

Фазосмецающий блок 7 на фиг.8 выполнен аналогично. Отличие состоит только в выполнении выходной цепи. Здесь на выходе блока вместо КС-цепи установ ген резистор 36.

На временных диаграммах (фиг.2, А, 6) приведены: напряжение сети и. ; выходной ток фазосмещающего бло20

25

01225

ка 7 . и напряжение управления силовым вентилем 11. Задержка во времени тока относительно напряжения сети

и ( равна частному от деления угла сднига фаз между током и напряжением крут овую частоту сети i-J . Заштрихованный импульс управления на фиг,4, 6 соответствует включению нен- 10 тиля А в отрицательный полупериод напряжения сети.

Работу устройства на фиг.1, 3, 3 характеризуют два режима: установившийся (предкоммутационный) режим и

15 режим формирования в сети импульса тока.

В ус1ановиншемся режиме импульс управления на транзисторные ключи 16 (фиг., 3, 3) и 23 (фиг.З, 3) не подается и транзисторы данных ключей находятся в выключенном состоянии. Благодаря этому конденсаторы 14 (.tmr.l, 3, 3) и 32 (фиг.З) в пред- коммутационный период заряжены от напряжения сети через делитель напряжения 3 и выпрямительные диоды 12 (заряд конденсаторов 14 в устройст- зах ма фиг.1, 3, 3) и диод 30 (за- рид ксшденсатора 32 в устройстве на

30 фиг.З), причем конденсаторы 14 в установившемся режиме заряжаются до постоянного напряжения положительной полярности, а конденсатор 32 заряжается до постоянного напряжения отрицательной полярности (полярности напряжений зарядов конденсаторов 14 и 32 обозначены на фиг.1, 3, 3). В данном режиме сигнал управления на вентили 4 не поступает и токи в цепях резисторов 3 отсутствуют. Через светодиоды оптронов 9, диод 19 в устройстве на фиг.1, светодиод оптрона 20 в устройстве на фиг.З и светодиод оптрона 27 в устройстве

с на фиг.З протекают выходные токи i ср фазосдвигающих блоков 7 (фиг.2, 4, 6), сдвинутые по фазе относительно напряжения сети U на угол «Р , причем через светодиоды оптронов 9 протекают полуволны синусоидального тока положительной полярности, а через диоды 19, светодиоды оптронов 20, 27 протекают полуволны синусоидального тока отрицательной полярности.

В режиме формирования импульса тока в цепи резистора 3 устройства на фиг.1 (устройство на фиг.1 формирует только импульсы тока положитель35

40

50

55

ной поияриости) и JfMnyjibca тока .чо- ложителыюи полярности п резисторов 3 устройств на фиг.З и 5 на транзисторный ключ 16 подактся импульс управления длительностью более периода колебаний напряжения сети, например, в момент t (фнг,2, 4, 6), когда напряжение сети имеет положительную полярность. При этом под действием выходного тока делителя напряжения 6, протекающего чере включенный транзистор ключа 16, све- тодиоды оптронов 10, 11, диоды 17, 18 (в устройстве на фиг.1) и 25, 26 (в устройствах на фиг.З, 5) протекает ток, причем через светодиоды оптронов 10, диоды 17 (в устройстве на фиг.1) и 25 (в устройствах на фиг.З, 5) протекают полуволны синусоидаль- него тока положительной полярности, а через светодиоды оптронов 11, диоды 18 (в устройстве на фиг.1) и 26 (в устройствах на фиг.З, 5) протекают полуволны синусоидального тока отрицательной полярности.

Выходные синусоидальные токи делителей напряжения 6 синфазны с напряжением сети. После включения транзисторного ключа 16 (j в течение всего интервала включенного состояния ключа 16) заряд конденсаторов 14 в устройствах на фиг.1, 3, 5 прекращается поскольку в течение положительных полупериодов напряжения сети выходы делителей напряжений 5 оказьшаются закороченными (соединенными с клеммой 2) через диоды 15, транзисторные ключи 16, диод 17 в устройстве на фиг.1 и диоды 25 в устройствах на

фиг.З, 5.

При протекании полуволн выходных токов делителя напряжения 6 отрицательной полярности через резисторы

.16 и светодиоды оптронов 11 (интер- вал времени t,; t tj на фиг.2 и интервал времени tg t t на фиг.А и 6) в момент ;фемени tj включаются фототиристбры оптронов 11 и конденсаторы 1А начинают разряжаться через резисторы 13. Токи разряда конденсаторов 1А на резисторы 13 превышают по величине ток удержания фототиристоров оптронов 11, в связи с чем разряд конденсаторов будет происходить и при протеканш полуволны выходного тока делителя напряжения 6 по, ложит(гльной полярности на интервалах

времени t t

I а фи1 .2 и t /( t. t.

0 5

О д

0

5

на фиг,4 и 6. Разряд конденсатора 14 через резисторы 8 и управляюпще электроды силовых вентилей А произойдет в момент t, на фиг.2 и в моменты tj. на фиг.А и 6, когда через светодиоды оптронов 9 и 10 будут одновременно протекать выходные токи соответственно фазосмещающих блоков 7 и делителей напряжения 6. Оптроны 9 и 10 в схемах устройств на фиг.1, 3, 5 реализуют логическую функцию и. После одновременного включения фототиристоров оптронов 9, 10 конденсаторы 1А дозаряжаются через управляющие электроды силовых вентилей А, в результате чего силовые вентили А включаются и на интервалах t t Xt, (фиг.2) и t, t t5 (фиг.4, 6), когда полярности сигналов положительные и совпадают по времени, че рез резисторы 3 протекают импульсы синусоидального тока положительной полярности с длительностью менее по лупериода колебаний напряжения сети. Учитывая, что входное сопротивление цепи управления силового вентиля 4 значительно меньше сопротивления ре зистора 13, разряд конденсатора 14 через управляю1Ц1тй переход силового вентиля 4 происходит практически мгновенно и заканчивается к моментам смены полярности напряжения сети (к моменту tf на фиг.2 и к моментам ta на фиг.А и 6). Благодаря , а также благодаря прекращению заряда конденсатора 1А в течение рремени включенного состояния транзисторного ключа 16, устройства на фиг.1, 3, 5 формируют в цепях резисторов 3 одиночные импульсы тока.

Длительности импульсов тока в цепях резисторов 3 определяются величиной угла сдвига фаз (отставания по фазе тока i, от напряжения сети Uc ) Ч , т.е. параметрами фазосме- щающего блока 7 (постоянной вре мени КС-цепи четырехполюсника, числом Г-образных четырехполюсников, сопротивлением резистора 36). Регули- ровалием угла f в диапазоне О f ч 5i т.е. регулированием параметров фазосмещающего блока 7, можно регулировать и длительности импульсов тока в цепях резисторов 3.

В режиме формирования импульса тока отрицательной полярности в цепи резистора 3 устройство на фиг.З ра- б зтает аналогично описанному П1.пч(.

Отличие состоит лишь в том, что запуск устройства теперь осуществляется с помощью транзисторного ключа

23,функции фототиристоров оптронов 9, 10, 11 вьшолняют соответственно фототиристоры оптронов 20, 21, 22,

а функцию диода 15 выполняет диод

24.Здесь 3 после подачи импульса управления длительностью более пери- ода колебаний напряжения сети, на транзисторный ключ 23 (например, в момент t, на фиго4, когда полярность напряжения сети положительная)

в момент времени t включается (под действием выходного тока делителя напряжения 6 положительной полярности, протекающего через светодиод оптроня 22) фототиристор оптронов

22, а в момент времени tj одновременно вк.гшчаютг:я (под действием двух токов отрицательной полярности, nej; вый из которых является выходным током делителя напряжения 6 и протекает через светодиод оптрона 21, тран- зисторньп ключ 23, диод 26, а второй, являюшийся выходным током фазо- сме.щгуощег о блока 7, протекает через светодиод оптрсна 2G) фототиристоры оптронов 20, 21 ,

При этом в цепи управления тора 4, требующего управления одно- полярными импульсами, протекает импульс тока управления (см,заштрихо- панный сигнал на фиг,4) и, как следствие, на интервале времени tj t Ц (на интервале совпадения отрицательных полярностей сигнгшов Uc, icp) в цепи резистора 3 протекает импульс синусоидального тока отрицательной полярности. Шунтирование выхода делителя напряжения 5 в положительные полуяериоды колебаний напряжения сети осуществляется цепью, образованной из последовательно включенных диодов 24, 25 и транзисторного ключа 23.

Запуск устройства для включения силового симистора 4, управляемого разнополярными импульсами (фиг.5), при формировании в цепи резистора 3 импульса тока отрицательной полярности также осуществляется с помощью транзисторного ключа 23. Отлг чие в работе устройства на фиг.5 от ранее рассмотренной работы устройства на фиг.5 в режиме формирования в цепи резистора 3 импульса тока положительной полярности состоит в том.

с

O

5

0

5

0

5

0

5

0

5

что на управляющий электрод силового симистора подается импульс управления отрицательной полярности (зашри- хованный импульс Uy на диаграмме фиг.6), формируемый с помощью конденсатора 32 в момент совпадения отрицательных полярностей сигналов U, if. Заряд конденсатора 32 осуществлялся полуволнами отрицательного напряжения, действующего на выходе делителя напряжения 5, выпрямленного диодом 30. Для исключения заряда конденсатора 32 в течение времени включенного состояния транзисторного ключа 23 выход делителя напряжения 5 шунтируется в отрицательные полупериоды напряжения сети цепью, образованной из последовательно соединенных светодиода оптрона 28, транзисторного ключа 23 и диода 33. Разряд конденсатора 32 через тиристор 8 и управляющий электрод силового симистора 4 осуществляется после включения фототиристора оптрона 29, происходящего после протекания импульса вьсходного тока делителя напряжения 6 положительной полярности в цепи с последовательно включенными светодиодом оптрона 29, транзис- торньм ключом 23 и диодом 25, и после одновременного включения фототиристоров оптронов 27, 28. Включение фототиристора оптрона 27 происходит после протекания полуволны тока icy отрицательной полярности через светодиод оптрона 27, а включение фототиристора оптрона 28 происходит после протекания импульса выходного тока отрицательной полярности делителя напряжения 6 через последовательно включенные светодиод. оптрона 28, транзисторный ключ 23, диод 26. Фототиристоры оптронов 27 и 28 выполняют в схеме устройства на фиг.5 логическую функцию и, аналогично как и фототиристоры оптронов 9, 10.

Таким образом, предлагаемые устройства обеспечивают формирование в сети одиночных импульсов тока длительностью менее полупериода колебаний напряжения сети с наперед заданной фазой (определяемой величиной угла f) и, благодаря отсутствию в схемах устройств контактных коммута- хщонных элементов, имеют практически неограниченную циклостойкость. С помощью данных схем возможно создание устройств для включения как тирис

тора, так и симисторон с различным модификациями по управлению. В целом это приводит к рас:ширепию функциональных возможностей и повышению надежности устройств.

Формула И, обретения 1. Устройство для включения силового управляемого вентиля, содержащее первый тиристорньгй оптрон, катод фототиристора которого предназначен для подключения к управляющему электроду вентиля, а анод связан с одной обкладкой конденсатора, вторая обкладка конденсатора предназначена для подключения к катоду управляемого вентиля, первый и второй диоды, первый резистор, коммутатор, отличающееся тем, что, с целью

15

1225 . расширения области применения путем обеспечения возможности включении симистора,управляемого однопо- лярными импульсами, оно снабжено четвертым, пятым и шесть(м оптрона- ми, шестым диодом, вторым транзисторным ключом, причем фототиристоры четвертого и пятого оптронов соеди- 10 иены последовательно и подключены параллельно к фототиристорам первого и второго оптронов, фототиристор шестого оптрона включен параллельно фототиристору третьего оптрона, 15 светодиоды четвертого и шестого оптронов, а также первый и второй диоды образуют второй выпрямительный мост, диагональ переменного тока которого нклн)чена пар иплельно диагон.ч

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве формирователя одиночных или низкочастотных импульсов в сети переменного тока. Цель изобретения состоит в расширении функциональных возможностей путем формирования в сети однополярных и разнополярных импульсов тока длительностью менее полупериода колебаний напряжения сети с наперед заданной фазой и в повышении надежности. Устройство содержит делители напряжения 5 и 6 и фазосмещающий блок 7. Управляющий электрод силового управляемого вентиля 4 подключен к выходу делителя напряжения 5 через последовательно соединенные фототиристоры тиристорных оптронов 9,10,11 и диод 12. Конденсатор 14 заряжен от напряжения сети через делитель напряжения 5. При подаче на транзисторный ключ 16 импульса управления открываются светодиоды оптронов 10,11 и вентиль 4 включается в положительный полупериод с фазой, определяемой блоком 7. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

расширения функциональных возможное- 2о ли переменного тока первого моста.

тей и повышения надежности, оно снабжено вторым и третьим тиристорными оптронами, первым и вторым резистор- ными делителями напряжения, третьим, четвертым и пятым диодами, фазосме- щающим блоком, причем входы резистор ных делителей напряжения и фазосме- щающего блока предназначены для подключения к сети переменного тока, фототиристоры второго и третьего опт- ронов включены последовательно между первой обкладкой конденсатора и анодом фототиристора первого оптрона первый резистор подключен между катодом фототиристора третьего оптрона и второй обкладкой конденсатора, первый и второй диоды, а также светодиоды первого и третьего оптронов образуют первый выпрямительный мост, диагональ переменного тока которого включена между второй обкладкой конденсатора и выходом второго делителя напряжения, а в диагональ постоянного тока включен коммутатор, выполненный в виде транзисторного ключа с управляющим входом, предназначенным для подключения к источнику сигнала включения, коллектор транзисторного ключа подключен через третий диод к выходу первого делителя напряжения, к которому через четвертый диод подключена первая обкладка конденсатора, выход фазосмещающего блока соединен через включенные встречно-па- ргишельно светодиод второго оптрона и пятый диод с второй обкладкой конденсатора.

5

5 о

0

5

0

5

в диагональ постояннсн-о тока включем; второй транзисторный ключ с коллектором, подключенным через пятый диод к выходу первого напряжения а в качестве пятого диода использован светодиод пятого оптрона.

г

24

ft ff

г/

--9C { ЗГ-

гз

k

172

53i:

25

J6

EiMS

/5

-Wфи.3

«, 3ff Sr-L rti

I IT

MIVI

f«W№

rnTf

№ D;

r

jO

зГ)

/6/3

гу

375

//Mf

r/L

Y

/ffn:-r

1501225

(риг.г

Ut

vI I

и t, L i-, i,

fS

-wJV

35

te.7

3f

t/C

r

gjuf.6

15

JV

35 В

J

55

(J