Трехфазный тиристорный ключ Советский патент 1981 года по МПК H03K17/567 

(54) ТРЕХФАЗНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ КЛЮЧ Изобретение относится к электромеханике, а именно к устройствам бесконтактной комму.тации трехфазных цепей переменного тока, и может быть ис пользовано для коммутации нагрузок, имеющих активное и реактивное сопротивление. Известны силовые тиристорные ключи для питания нагрузки от сети переменного тока, содержащие синхронизирующий трансформатор-формирователь импульсов и устройство уппзпг: ния силовым тиристорным ключом р, Недостатком таких ключей является низкая надежность работы, обусловленная возможностью сбоя фазы следования управляющих импульсов при воздействии вневших помех или при из;менении харак тера реактивного сопротивления нагрузки. Наиболее близок к предлагаемому трехфазный тиристорный ключ, содержа- щий включег-{ные в каждой фазе встречно парал.пельио силовые тиристоры и диоды, трехфазный синхронизирующий трансформатор, первичные обмотки которого соединены со входом трехфазно-. го тиристорного ключа, а вторичные обмотки соединены звездой со входами формирующих RCO-цепей, выходы которых соедине 1ы через выключатель со входом генератора импульсов управления силовыми тиристорами 2 1. Недостаток этого трехфазного тиристорного ключа - также низкая надежность работы, обусловленная потерями мощности в цепи управления, вызывающими перегрев тиристора при длительной работе в условиях повышенной температуры окружающей среды. Цель изобретения - повышение надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в трехфазный тиристорный ключ, содержащий включенные в каждой фаза встречно-параллельно силовые тиристоры и диоды, трехфазный синхронизирующий трансформатор, первичные обмотки 385 которого соединены со входом трехфазного тиристорнопо ключа, а вторичные обмотки соединены звездой со входами формирующих RCD-цепей, выходы которых соединены через выключатель со входом генератора импульсов управления силовыми тиристорами, введены три согласукяднх импульсных трансформатора, трехфазный трансформатор управления и транзисторный ключ, при этом первичные обмотки трехфазного сийхронизирующего трансформатора соединены треугольником, генератор импульсов управления силовыми тиристорами выполнен по схеме триггера с раздельными входа и, первичные обмотки согласующих импульсных трансформаторов одними выводами соединены через первые диоды катодами к анодам соответствующих силовых тиристоров, через шунтированныерезисторами вторые диоды соединены анодами к катодам силовых тиристоров, другими вьгоодами - через последовательно соединенные между собой катодными вьшодами третьи диоды и стабилитроны к зправляющим электродам соот ветствующих силовых тиристоров, вторичные обмотки одними вьгеодами соединены с общей шиной питания триггера, а другими - через четвертые диоды с первым входом триггера, второй вход, которого соединен с выключателем, выход триггера соединен со входом транзисторного ключа, выход которого чере резистор и трехфазный выпрямительный мост соединен со вторичными обмотками трехфазного трансформатора управления первичные обмотки которого соединены треугольником и подключены к соответствующим точкам соединения первых и вторых диодов. На фиг, 1 изображена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг, 2 - эпюры напряжений характер ных точек, Трехфазньй тиристорный ключ состои из выходных тпин 1, 2 и 3 . тиристоров 5 и 6 со встречно-параллельновключен ными с ними диодами 7, 8 и 9 и цепей управле1шятиристорами. Цепь управления каждым из тиристоров 4 (5 и 6) со держит диод 10 (П н 12), резистор 13 (14 и 15), элементы, шунтирующие цепь управляющего электрода тиристора, со стоящие из последовательно соединенны стабилитрона 16 (17 и 18), диода 19 (.20 и 21), первичной обмотки импульс ного трансформатора 11 (23 и 24), вт ричная обмотка которого подключена с одной стороны через конденсатор 25 (26 и 27) и диод 28 (29 и 30) к одному из входов триггера 31 управления на транзисторах 32 и 33, а через резистор 34 (35 и 36) - к одному из его выходов. Трансформатор 37 управления, первичные обмотки которого соединены треугольником и подключены через управлягещие цепи.тиристоров к питающему напряжению, нагружен через трехфазный вьтрямительный мост 38 и транзисторный ключ 39 на резистор 40, Вход транзисторного ключа 39 через змиттерный повторитель 41 подключен к выходу триггера 31 управления. Связь цепей управления с силовой цепью осуществляется, через диоды 42, 43 и 44, Синхронизирующий трансформатор 45, включенный в трехфазную сеть треугольником, нагрз жен через выпрямитель 46 и резисторы 47, 48 и 49 на последовательно сЬединенные резистор 50 и сталибитро- ны 5} и 52, Резисторы 47, 48 и 49 через дифференцирующие RC-цепи, включающие в себя конденсаторы 53, 54 и 55,резисторы 56, 57 и 58, выходную Цепь транзистора 33 триггера 31 управления, управляющий ключ 59 и диодную сборку 60, связаны с другим входом триггера 31 управления. Трехфазное питающее напряжение подводится через входные шины 61 (А), 62 (в) и 63 (с) к силовым цепям через тиристоры 4, 5 и 6 и диоды 7, 8 и 9, а также к соответствующим цепям управления тиристоров. При отрицательной полуволне питающего напряжения oTrfoсительно катодов тиристоров ток протекает через управлякмцие электроды тиристоров 4, 5 и 6, стабилитроны 16, 17 и 18, диоды 19, 20 и 21, первичные обмотки импульсных трансформаторов 22, 23 и 24, кроме того, отрицательная полуволна питающего напряжения подается через резисторы 13, 14 и 15 и положительной полуволны - через диоды 10, 11 и 12, Обе полуволны напряжения складываются на входе трансформатора 37 управления, При выключенном управляющем ключе 59 на выходе триггера 31 управления (коллектор транзистора 33) напряжение отсутствует, транзисторный ключ 39 разомкнут, трансформатор 37 управления работает в режиме холостого хода, при этом на.транзисторном ключе 39 присутствует пониженное относительно сетевого напряжение. Ток холостого хода трансформатора 37 управлв ния создает на резисторах 33, 14 и 15 падение напряжения, не превышающее пороговое напряжение стабилитронов 16 17 и 18 и диодов 19, 20 и 21, вследст вне чего ток в цепях управляющих элек родов тиристоров 4, 5 и 6 и, следовательно, в нагрузке отсутствует, так как силовые диоды 7, 8 и 9 включены встречно. Установка триггера 31 управ ления в исходное положение, при котором транзисторный ключ 39 разомкнут, осуществляется автоматически сигналами хотя бБ1 с одного из .импульсных трансформаторов 22, 23 и 24, напряжение на котором возникает при кратковременном включении одного из тиристоров при включении сетевого напряжения/Синхронизирующий Т1/с1Нсформатор 4 которьш используется совместно с выпрямителем 46 как для питания цепей триггера управления 31, эмиттерного повторителя 41 и транзисторного ключа 39, так и для получения управляющих триггером 31 управления импульсов, работает независимо от состояния управляющего ключа 59 при включении трехфазного тиристорного ключа в сеть Выпрямленное напряжение стабилизирует ся параметрическими стабилизаторами, включающими в себя резистор 50 и стабилитроны 51 и 52 (стабилитрон 5 используется для получения отрицательно го напряжения, а стабилитрон 52 - для положительного), На установленных в цепь каждого из вентилей выпрямителя 46. резисторах 47, 48 и 49 создаетс падение напряжения от тока соответствующего вентиля, форма которого для одной из цепей показана на фиг, 2(б). Полученный таким путем импульс напряжения, действующий в течение угла регулирования, не превьштающего 120 , поступает на дифференцирующие цепи, с выхода которых продифференцированные импульсы (фиг, 2,п) подаются на диодную сборку 60. С выхода диодной сборки 60 положительные импульсы (фиг.2,г) поступают через управляющий ключ 59 на вход триггера 31 управления и управляют его работой. При включении управляющего ключа 59 первый же импульс с одной из дифференцирующих цепей устанавлтгаает триг- t гер 31 управления в положение, при котором транзистор 33 закрывается, а эмнттерный повторитель 41 и транзисторный ключ 39 открываются, В этом случае во вторичных и первичных обмотках транзистора 37 управления появляются фазные токи, величины которых определяются выходным напряжением моста 38 и резистором 40 (транзисторный ключ 39 насыщен),а форма - видом схемы вьшрямления и группой соединения трансформатора 37 управления. Возниканяцие в первичных обмотках его линейные токи разветвляются по полярному принципу. Так, для одного из линейньк токов положительная часть его через обмотку импульсного трансформатора 22,, диод 19 и стабилитрон 16 протекает через управляющий электрод тиристора 4. Так как первичные обмотки трансформатора 37 управления, соединенные треугольником, питаются линейным напряжением, опережающим на 30 электрических градусов соответствующее фазное напряжение, а вторичные обмотки, соединенные звездой, нагружены через мост 38 на резистор 40, то на последнем будут вьшрямленные линейные вторичные напряжения, которые опережшот на 30 электрических градусов со ответствующее первичное напряжение. Таким образом, напряжение на выходе трансформатора 37 управления опережает на 60 электрических градусов фазное aпpяжeниe, подаваемое насиловые цеЬи. С другой стороны, как известно, при шестифазном выпрямлении эти 60 электрических градусов теряются, при этом импульс тока во вторичных цепях отстает от напряжения его порождающего, на 60 электрических градусов и, следовательно, начинает действовать с началом хода синусоиды фазного напряжения, Ток в линии определяется соответственно как ЗА - Лдя 30 ЗАВ- 3g(4 DC вс JCA в то же время положительная часть полуволн тока Зд ответвляется в цепь упраи. 1яющего электрода тиристора 4, тока 3g в цепь управляющего электода тиристора 5, тока Dj. - в цепь управляющего электрода тиристора 6. Положительная часть полуволны тока J показана на фиг, 2(д), из которой, в частности, видно, что зтот импульс остаточно мощный и нарастает почти мгновенно, Резистором 40 величина броска тока устанавливается нескольо больше тока включения наиболее худего из тиристоров, При вкдгочении одного из тиристоров, апример 4, положительная часть полуволны тока Зд перехватьшается силовой цепью, вследствие чего ток через управлякяций электрод прекращается, так как цепь его шунтируется последовательно соединенными диодом 42 и тиристором 4, Такое шунтирование возможно в результате того, что пороговое напряжение стабилитрона 16 больше паде кия напряжения на диоде 42 и тиристоре 4. При протекании тока через управляющий электрод тиристора на выходной обмотке импульсного трансформатора 22 возникает импульс отрицательной полярности, а при его исчезновении - импульс положительной полярности (фиг.2, с), который и дает информацию о включении тиристора. Исчезновение импульса тока через управляющий электрод тиристора связано, как уже отмечалось, переключением его с помощью диодов 42, 43 и 44 в силовую цепь. Таким образом, форма тока через указанные диоды аналогична форме тока, показанного на фиг. 2(д) с усечением передней части импульса.

Если теперь подключить вход триггера 31 управления (базу транзистора 32) , то возн1псакяцие на выходе диодов 28, 29и 30 импульсы (фиг. 2,ж), дающие, как сказано ранее, информацию о включении тиристоров, будут периодически (с интервалом в 1/3 периода) устанавливать триггер 31 управления в исходное состояние (фиг. 2,з) а, следовательно, прекращать ток через транзисторнь1й ключ 39 (фиг. 2, и) .Ток в первичной цепи трансформатора 37 управления практически прекращается и становится равным току холостого хода, прекращается ток и через диоды 42, 43 и 44, Так как трансформатор 37 управления включен в сеть и через него проходит ток холостого хода, то переходный процесс в нем длится малое время, что и позволяет осуществлять поочередную коммутацию транзисторного ключа 39 и, соответственно, вклю11ение трансформатора 37 управления.

С приходом запускающего импульса на вход транзистора 33 триггера 31 управления с выхода диодной сборки 60 процесс повторяется,

Шрину имлульса в управляющей цепи можно регулировать постоянной времени импульсных ч рансформаторов 22, 23 и 2 что позволяет осуществлять надежное включение тиристоротз при минимуме напряжения на efO аноде. Если включеиие

коммутатора в сеть произошло при (6t 60 электрических градусов, то при ив недостаточной шт-фнне запускающего импульса, снимаемого с выхода дифференцирующей цепочки -инхронизнрующего трансформатора, на нагрузке может появиться отсечка напряжения в } 20 электрических градусов, возникающая вследствие того, что включается не тиристор 6 фазы С, .анодное напряжение ко- , торого мало, а тиристоры 5 фазы В. напряжение на аноде которого P BHOA2Uy«rw (фиг, 1 и 2,а). Последний, вклкиившйсь, выключает транзисторный ключ 39 и прекращает протекание управляющих токов до т. W JBO, когда включится тиристор 6 фазы С вместо тиристора 4 фазы А и т.д.

Формула изобретения

Трехфазный тиристорный ключ, содержащий включенные в каждой фазе встречно-параллельно силовые тиристоры и диоды, трехфазный синхронизирующий трансформатор, первичные обмотки которого соединены со входом трехфазного тиристорного ключа, а вторичные обмотки соединены звездой со входами формирующих RCD-цепей, выходы которых соединены через выключатель со входом генератора импульсов управления силовыми тиристорами, отличающийс я тем, что, с целью повьшения надежности, в него введены три согласующих импульсных трансформатора, трехфазный трансформатор управлею я и транзисторный ключ, при этом первичные обмотки трехфазного синхронизирующего трансформатора соединены треуголником, генератор импульсов управления силовыми тиристорами выполнен по схеме триггера с раздельными входами, первичные обмотки согласующих импульсных трансформаторов одними выводами соединены через первые диоды катодами к анодам соответствутощих силовых тиристоров, через шунтированные резисторами вторые диоды соединены анодами к катодам силовых тиристоров,другими выводами - через последовательно соединенные между собой катодными выводами третьи диоды и стабилитроны к управляющим электродам соответствующих силовых тиристоров, вторичные обмотки одними вьюодами соединены с общей ши|ной питания триггера, а другими - че985рез четвертые диоды с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выключателем, выход триггера соединен со входом транзисторного ключа, выход которого через резистор и трехфазный вьшрямительный мост соединен со вторичными обмотками трехфазного трансформатора управления, первичные обмотки которого соединены треугольником и подключены к соответст177710вующим точкам соединения первых и вторьгх диодов, Источники информации, 5 принятые во внимание при экспертизе . 1 . Авторское свидетельство СССР 396848, кл. Н 05 В 41/30, 1973. 2, Тиристоры, Технический справочник под ред, В.А, Лабунцова и др. М,, 10 Энергия, 1971, с, 248, рис. 9-39.

/,Hi -jFl

If

Ь lc

и e

(4)i

)

(i

и

i.

ЗА

u)i

Фаг. 2

ГУ f

d)t

JUUL