Тиристорный двухполупериодный переключатель переменного тока Советский патент 1980 года по МПК H03K17/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в бесконтактных устройствах автоматики для реверсивного управления двигателем переменного тока от выходного сигнала логических, интег; ральных микросхем.

Так как симметричный тиристор по своему назначению является переключателем переменного тока, то наиболее эффективным будет включение приборас помощью источника переменного и импульсного токов.

Известна схема управления симметричным тиристором, в которой формирование импульса, запускающего тиристор, производится непосредственно в цепи управляющего электрода за счет энергии источника питания нагрузки. Запускающий сигнал на вход симметричного тиристора поступает от двух стабилитронов, включенных навстречу друг другу, через диодный мост. Сигнал управления должен подаваться от специального блока управления на переход база-эмиттер транзистора, осуществляющего коммутацию цепи управления тиристора 1.

Недостатки известной схемы заключаются в следующем.

Так как импульс, запускающий тиристор, не оптимален по своим параметрам изза его постоянного уровня в режиме удержания тиристора S открытом состоянии, обусловленого включением в цепь формирования стабилитронов, то в управляюЩем переходе тиристора и на стабилитронах рассеивается избыточная мощность.

Известны транзисторные формирователи «щироких импульсов с оптическим управлением, в которых формирование импульса, запускающего тиристор, производится также непосредственно в цепи управляющего электрода тиристора, но за счет энергии дополнительного источника-преобразователя напряжения повыщенной частоты с близкой к прямоугольной формой выходного напряжения. Сигнал управления, мощность которого во много раз меньще мощности отпирающего импульса, подается на один из оптронов при запуске и на другой оптрон в момент окончания отпирающего импульса 2.

Схема обеспечивает надежное выключе ние тиристора при отсутствии сигнала управления.

-.;i;-t.iV-:: -vV. Недостатки известного формирователя ;;:заключаются в следующей 1. для однбтактного ключа переменного тока требуется раздельное, но согла сованное во времени устройстбо управления двумя бптрЬнами с узким запускающим и Мттулбсой Длй первого вхоДа и заттираЮЩим импульсом по второму входу. 2.Для уменьщепйя габаритов трансфор матора йдля улучщения формь отпирающего импульса требуется источййК нйпряжения прямоугольной формы и повыщенной частоты, что усложняет устройство и; являет сЯисТОВДиком радиопомех. . 3.Больщое число элементов, приходящее ся на один тир истор. .:. . Известен также ключ переменного тока, содержащий, кроме си-иметрйчнбго Тйристора, диодный мост С тиристорным оптроТ10мв диагонали моста, который другой диа- тональю включен в уг1ра0ляющук)цепь тиристора. Формирование импульса,запу скающего тиристор, производится непосредственно в цепи управляющего электрода тиристора также за счет энергии источника питания нагрузки 3. Сигнал управления подается на вход фототиристора оптрона. Фототиристбр осуществляет коммутацию,цепи управления тиристора.. ,: Недостатки известного устройстваЗаключаются в невозможности его использования длярёверсйвнЬго yпpaвлeнй элeктpoдвигaтeлeм; Напряжение анод-к атод включенного тиристора оказывается нeдocтatoчным для создания в цепи управлёнияТоКа; удерживающего тиристор во включенном состоянии, особенно при активно-индуктТивнОм характере нагрузки и работе устройства в диапазоне температур от -60 до -ь85°С. Форма отпирающих импульсов неявляется оптимальной. Применение фототирйстбрного оптрОна не всегда возможно пОуслЬвияя эксплуатации. Применение известной схемы требует для своей работьГ наличия устройства управления фототиристорным оптроном, без которого схема не является работоспособной. Целью изобре1ёния являюТся расГширение функциональных возможностей тиристорного переключателя за ,счет обеспечения рёверсйровайия нагрузки и также улучшения параметройОтпирающих импульсой. Эта цель достигается тем, что тиристорн ый двухполупериодный переключатель переменного тока, содержащий сйммёт|:)ичный триггер, связанный через нагрузку свыводами источника переменного тока, фОрШЙрЬватель отпирающих импульсов, выполненный в виде диодного моста, связанного через балластный резистор, с управляющим элект рбЖОМ симметричного тиристора, и второй оптический, элемент, снабжен вторым симметричным тиристором, вторым входным оптическим элементом, двумя дополнительны720723МИ балластными резисторами, трансформаТбрбм стремя вторичными обмотками, вторым формирователем отпирающих импульсов, двумя транзисторами, база-эмиттерные переходы которых щунтированы диодами, двумя усилителями, двумя, источниками питанйя усилителей, причем основная вторичная б.бмотка выполнена с нулевой точкой, к которой подключена нагрузка, а два других вывода обмотки подключены к катодам симметричных тиристоров, аноДы которых через дополнительные балластные резисторы подключены к нагрузке, каждый диодный мост формирователей отпирающих импульсов подключен параллельно цепи, состоящей из управляющего перехода симметричного тиристора и дополнительного балластного резистора через общий балластный резистор, выход каждого усилителя подключен к базе соответствующего тиристбра, включеннбго в диагональ соответствующего диодного моста формирователя отпирающих импульсов. Кроме тОгО, входные оптические элементы выполнены в виДе оптронов, выходы которых подключены к входу соответствующего усилителя, а усилители выполнены в виде эмиттерных, повторителей, база-эмиттерные переходы которых шунтированы диодами, а каждый источник питания усилителей выполнен в виде вспомогательной вторичной обмотки, подключенной через диодный мост к соединенным последовательно накопительным конденсаторам, точка соединения которых подключена к одному из концов диагонали соответствующего диодного моста формирователя импульсов. На чертеже изображен предлагаемый переключатель. Тиристорный двухполупериодный переключатель содержит входные оптические элементы 1-2, вьшолненные - на оптронах подключенные к входам усилителей 3-4, выполненных на базе эмиттерных повторителей, база-эмиттерные переходы транзисторов которых шунтированы диодами 5-8. Выходы усилителей 3 и 4 подключены соответственно к транзисторам 9 и 10., включеннььм в диагонали диодных мостов формирователей 11, 12 отпирающих импульсов, которые через общий балластный резистор 13 подключены параллельно цепочкам, состоящим из балластных резисторов 14-15, и управляющим переходам симметричных тиристоров 16-17, диодный, мост 11 -к цепи симметричного тиристора 16, а диодный.мост 12 - к цепи тиристора 17 соответственно. Трансформатор 18 выполнен из трех обмоток вторичных обмоток, главная из которых (19) имеет нулевую точку, котор ая йрДключена к нагрузке ,20. Обмотки 21 и 22 через мостовые диодные выпрямители соответственно 23 и 24 подключены к последовательно соединенным конденсаторам 25-26 и 27-28 которые образуют два источника питания усилителей 3 и 4,приэтом точки соединения конденсаторов соединены со средними точками соответствующих обмоток 21, 22 и одним из концов диагонали в диодных мостах формирователей 11 и 12 отпирающих импульсов. Тиристорный двухполупериодный переключатель переменного тока работает следующим образом. При отсутствии сигналов управления на входе оптронов 1 и 2 ток через фотодиод отсутствует, а по цепям смещения протекает ток, обеспечивающий закрытое состояние транзисторов усилителей 3-4 и транз|1сто.ров 9-10 в управляющей цепи тиристоров. Так как в этом случае ток в цепи управления тиристоров 16 и 17 будет отсутствовать, то тиристоры будут выключены и напряжение на нагрузке будет отсутствовать. При подаче на вход одного из оптронов сигнала управления его фотодиод начинает пропускать через себя ток, например, по цепи от начала обмотки 21 или конца обмотки 21 трансформатора 18, в зависимости от полярности наводимого напряжения, через диоды моста 23, фотодиод оптрона 1, транзисторы усилителя 3, переход база-эмиттер транзистора 9 к общему выводу обмотки 21 трансформатора 18.. Ток фотодиода открывает транзисторы усилителя 3, током которого открывается транзистор 9. Все транзисторы устройства работают в ключевом режиме. При открытом транзисторе 9 по управляющей цепи тиристора 16 будет протекать ток. Допустим, что при положительной полуволне питающего напряжения «плюс напряжения будет на начале обмотки 19, а «минус напряжения на конце этой обмотки.. При подаче на вход оптрона сигнала уп; равления, синхронизированного с моментом перехода переменного напряжения питания через «нуль, в первый же полупериод питающего напряжения напряжение и ток на управляющем переходе тиристора 16 будут увеличиваться от «нуля до величины, при которой произойдет включение тиристора 16. При этом напряжение между электродами катод-анод уменьщится до величины, соответствующей включенному состоянию тиристора, и ток в управляющей цепи также уменьщится. Через включенный тиристор 16 резистор 14, нагрузку 20 от обмотки 19 будет протекать VOK, создавая на резисторе 14 дополнительное падение напряжения в анодной цепи тиристора 16. За счет этого напряжения в управляющей цепи тиристора 16 будет протекать ток, достаточный для удержания тиристора во включенном состоянии до конца полупериода питания. В другой полупериод питающего напряжения процессы в схеме повторятся. В это время транзисторы и тиристор другого канала будут находиться в выключенНОМ состянии за счет протекания тока по диодам 7-8 смещения. При подаче сигнала управления на вход оптрона 2 аналогичные процессы будут происходить во втором канале, однако фаза напряжения на нагрузке 20 изменится, что приведет, например, к изменению направления вращения двигателя. Схема позволяет осуществить реверсивное управление электродвигателем при отсутствии взаимного влияния цепей управления тиристорами. Управление тиристорами осуществляется импульсами тока и напряжения оптимальных значений, т.е. запускающий импульс в начальный момент имеет величину тока и напряжения, требуемую для включения тиристора, а после включения тиристора ток запускающего импульса уменьшается до величины, требуемой для удержания тиристора во включенном состоянии, и ток удержания оказывается в фазе с током нагрузки. Оптимальная форма управляющих импульсов обеспечивает наилучщий режим работы тиристоров. Формула изобретения . Тиристорный двухполупериодный пере ключатель переменного тока, содержащий симметричный тиристор, связанный через нагрузку с выводами источника переменного тока, формирователь отпирающих импульсов, выполненный в виде диодного моста, связанного через балластный резистор, с управляющим электродом симметричного тиристора и входной оптический элемент, отличающийся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей путем обеспечения реверсирования йагрузки и улучщения параметров отпирающих импульсов, он снабжен вторым симметричным тиристором, вторым входным оптическим э,лементт5м, двумя дополнительными балластными резисторами, трансформатором с тремя вторичными обмот ками, вторым формирователем отпирающих импульсов, двумя транзисторами, база-эмиттерные переходы которых щунтированы диодами, двумя усилителями, двумя источниками питания, причем основная вторичная обмотка выполнена с нулевой точкой, к которой подключена нагрузка, а два других вывода обмотки подключены к катодоам симметричных тиристоров, аноды которых через дополнительные балластные резисторы подключены к нагрузке, каждый диодный мост формирователей отпирающих импульсов подключен параллельно цепи, состоящий из управляющего перехода симметричного тиристора и дополнительного балластного резистора через общий балластный реистор, выход каждого усилителя подключен к базе соответствующего тиристора, вклюенного в диагональ соответствующего диодного моста формирователя отпирающих им