Бесконтактный переключатель Советский патент 1981 года по МПК H03K17/72 

(54) БЕСКОНТАКТЕ1ЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам, предназначенньм для коммутации силовых цепей с выходом на переменном токе. Известно устройство для коммутации силовых цепей с выходом на переменном токе, содержащее встречно включенные управляемые вентили (тиристоры), ключ управления, нагрузку и зажимы питающей сети 1 . Недостатки данного устройства искажение формы питающего переменного напряжения на нагрузке, приводящее к появлению высших гармоник и снижению коэффициента полезного действия, а также необходимость сложных устройств для синхронизации управляющих импульсов с частотой питающей сети. Наиболее близок к предлагаемому бесконтактный переключатель, содержащий два силовых тиристора, подключенных последовательно с нагрузкой к шинам переменного напряжения, трансформатор, первичная обмотка которого соединена с шинами переменного напряже ния, ключ управления цепи из диодов н резисторов, включенных между обмотками трансформатора 21. Недостатком известного устройства является возможность возникновения высших гармоник, которые вызывают дополнительный разогрев нагрузки (например, электродвигателя) и снижают ко-, эффициент полезного действия. Нестабильность частоты питающей сети приводит к произвольному, неуправляемому изменению мощности, вьщеляемой на на-грузке, так как при этом нарушается синхронизацияуправляющих импульсов с частотой питающей сети. Цель изобретения - повьшгение надежности и увеличение коэффициента полезного действия. Поставленная цель достигается тем, что в бесконтактнь};й переключатель, содержащий два силовых тиристора, подключенных последовательно с нагрузкой к шинам переменного напряжения, трансформатор, первичная обмотка которого соединена с ш-тами переменного напряжения, ключ управления 5 диоды и резис торы, введены два включенные последов тельно между управляющими электродами силовых тиристоров дроссели, к точке соединения которых подключен выход ключа управления, вход которого через резистор подключен к точке соединения катодов двух диодов, анод каждого из которых соединен с катодом соответ.ствующего силового тиристора, причем выводы из двух, вторичных обмоток тра нсформатора подключены один через резистор, а второй через диод к выводам соответствующего дросселя,, На чертеже представлена электричес кая схема бесконтактного переключателя,, Устройство содержит встречно включенные управляемые вентили (тиристоры Iи 2, к которым последов.ательно подключена нагрузка 3, питание которой осуществляется от шин 4 и 5 питающей сети переменного напряжения, формиро;ватель 6 отпирающих импульсов, включающий в себя трансформатор 7, первичная обмотка 8 которого подключена к шинам 4 и 5 питающей сети. Одна вторичная выходная обмотка 9 трансформатора 7 через резистор 10 и диод IIнагружена обмоткой дросселя 12, а другая вторичная выходная обмотка 13 трансформатора 7 через резистор 14 и диод 15 нагружена обмоткой дросселя :1б. Общая точка 17 обмоток дросселей Г2 и 16 через ключ 18 управления резистор 19 и диоды 20 и 21 подключена к катодам.тиристоров 1 и 2. Управляющие электроды тиристоров 1 и 2 соединены с другими концами обмоток дросселей 1 2 и 16 .соответственно в точках 22 и 23. Обмотки 8, 9 и 13 трансформатора 7 и диоды 11 и 15 подключены так, что выпрямленный ток через обмот ку дросселя 12 протекает в тот полупериод напряжения питающей сети,, для которого тиристор 1 является непроводящим, т. е. когда его анод находится под отрицательным потенциалом, а выпрямленный ток через обмотку дросселя 16 протекает в другой полупериод напряжения питающей сети, для которого непроводящим является тиристор 2. Предлагаемое устройство работает следуйщим образом. При подаче питающегб переменного напряжения на шины 4 и 5 питающей се,ти из-за встречного включения вторичных обмоток 9 и 13 трансформатора 7 относительно его первичной обмотки 8 напряжение на всех этих обмотках совпадает по фазе. Через диод 11, дрос- , сель 12 и резистор 10 проходит ток. Дроссель I2 запитан выпрямленным током в то-т момент, когда к аноду тиристора 1 приложен отрицательный потенциал, т. е. тиристор 1 в этот MOмент непроводящий. Дросселем 12 вьфа- батывается ЭДС самоиндукции в виде положительного и отрицательного импульсов. Если ключ 18 открыт, то в управляющую цепь тиристора 1 проходят выпрямленные диодом 20 отрицательные импульсы ЭДС самоиндукции дросселя 12 по цепи: конец-тонка 22 обмотки дросселя 12 - .управляющий электрод тиристора 1 - диод 20 - резистор 19 - ключ 18 управления - общая точка I7 обмоток дросселя 12 и 16. При этом в цепи управления тиристора 1 проходят импульсы тока. Максимальное значение этих импульсов имеется.в момент смены полупериодов, т, е. к моменту появления положительного потенциала на аноде тиристора 1 по его цепи управления уже проходит импульс тока, обеспечивающий надежное отпирание тиристора 1, Форма напряжения и тока, проходящего через нагрузку 3, и форма питающего напряжения в положительные полупериоды не меняется, т, е. форма входного напряжения не искажается. Аналогично под действием отрицательных импульсов ЭДС самоиндукции дросселя 16 отпирается тиристор 2 к моменту прихода отрицательных полупериодов питающего напряжения, которое также без искажения приложено к на- грузке 3. Таким образом, открытое состояние ключа 18 обеспечивает питание, нагрузки 3 переменным напряжением синусоидальной формы. Длительность импульсов управления определяет количество полупериодов переменного напряжения иа нагрузке. Регулируя длительность упомянутых импульсов управления с помощью ключа 18 управления и длительность иитервалов между ними, т, е. задавая определенный алгоритм работы ключа 18 управления, регулируем мощность, потребляемую нагрузкой 3, Следует отметить, что вследствие отсутствия искажения формы переменного напряжения на нагрузке 3 {оно остается синусоидальным) уменьшается количество высших гармоник, вызывающих излиш ний разогрев нагрузки, например элек родвигателя переменного тока. При это одновременно достигается повьпиение коэффициента полезного действия. Тиристоры 1 и 2 управляются импуль сами, которые формируются в момент смены полярности полупериодов питающего напряжения, т. е. к моменту появления положительного потенциала на аноде соответствующего тиристора этот тиристор уже готов к переходу в открытое состояние, так как в этот момент по его управляющей цепи уже протекает ток управления. Импульсы тока в цепях управления тиристоров 1 и 2 в широких пределах времени перекрывают моменты времени, когда на анодах этих тиристоров происходит смена полярности полупериодов питающего напряжения. Это обеспечивает надежное включение тиристоров даже при нестабильности частоты питающей сети. Следовательно, отпирание тиристоров не зависит от частоты питающей сети. Это облегчает задачу синхронизации импульсов управления с напряжением пита кнцей сети (практически такой проблемы здесь не существует). Уменьшение искажения формы переменного напряжения на нагрузке, содер жащее число высших гармоник, которые вызывают излишний разогрев,нагрузки, и снижение КОД, а также упрощение син хронизации отпиракяцих импульсов дают значительный технический и экономический эффект. Формула изобретения Бесконтактный переключатель, содержащий два силовых тиристора, подключенных последовательно с нагрузкой к шинам переменного напряжения, трансформатор, первичная обмотка которого соединена с шинами переменного напряжения, ключ управления, диоды и резисторы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежное ти и увеличения КПД, в него введены, два включенных последовательно между управляющими электродами, силовых тиристоров дроссели, к точке соединения кот.орых подк1почен выход ключа управления, вход которого через резистор подключен к точке соединения катодов двух диодов, анод каждого из которых соединен с катодом соответствующего силового тиристбра, причем выводы каждой из двух вторичных обмоток трансформатора подключены один через резистор, а второй через диод к выводам соответствующего дросселя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 608264, кл. Н 03 К 17/56, 26.01.77. 2.Заявка Великобритании № 1398612, л. Н 3 Т, 25.06.75 (прототип).