Устройство управления группой из n тиристоров с общим анодом
Изобретение относится к импульсной полупроводниковой технике и может быть использовано в устройствах защиты от перенапряжений, вызванных грозовой деятельностью. Технический результат заключается в повышении надежности. Общий анод тиристоров подключен к выводу для подключения нейтрали. Их катоды подключены к выводам для подключения напряжения соответствующих фаз. Устройство содержит n накопительных конденсаторов и n вспомогательных тиристоров. Согласно изобретению введены ограничитель напряжения, стабилитрон, резистор, пороговый элемент и 3 группы из n развязывающих диодов. Первый вывод ограничителя напряжения соединен с выводом для подключения нейтрали. Второй вывод соединен с первым выводом резистора и первым выводом стабилитрона. Второй вывод стабилитрона соединен с общей точкой анодов первой группы из n диодов, катоды которых соединены с выводами для подключения напряжения соответствующей фазы. Второй вывод резистора соединен с общей точкой анодов второй группы диодов непосредственно и с общей точкой анодов третьей группы через пороговый элемент. Катод каждого диода второй группы соединен с первым выводом соответствующего накопительного конденсатора. Второй вывод накопительного конденсатора соединен с выводом для подключения напряжения соответствующей фазы и с анодом соответствующего вспомогательного тиристора. Его катод соединен с управляющим электродом соответствующего управляемого тиристора, а управляющий электрод - с катодом соответствующего диода третьей группы. 1 ил. 
Изобретение относится к области импульсной полупроводниковой техники, а более конкретно к системам управления силовыми тиристорами, и может быть использовано в устройствах защиты от перенапряжений, вызванных грозовой деятельностью, а также коммутационных перенапряжений и т.д.
Известны устройства управления тиристорами, соединенными последовательно или параллельно /1, 2/. Эти устройства содержат импульсные трансформаторы на выходе, через которые и запускаются силовые тиристоры.
Из известных устройств управления силовыми тиристорами с общим анодом, т.е. принадлежащим разным фазам, наиболее близким по технической сущности является устройство для запуска тиристоров /3/. Это устройство содержит емкость, которая коммутируется тиристором на импульсные трансформаторы, имеющие в качестве первичной обмотки один общий виток.
Недостатком описанных устройств является низкая надежность вследствие наличия трансформаторов, надежность которых значительно ниже надежности полупроводниковых приборов, резисторов и конденсаторов. Кроме того, силовые тиристоры требуют достаточно мощного импульса управления, имеющего высокую скорость нарастания тока управления. При трансформировании импульса управления условия по мощности и по скорости нарастания тока управления противоречат друг другу, т.е. увеличение мощности импульса приводит к уменьшению скорости нарастания тока. Это является недопустимым в устройствах защиты, где силовые тиристоры работают в импульсном режиме и где скорость нарастания анодного тока через тиристоры близка к критической.
Целью изобретения является повышение надежности устройства управления группами силовых тиристоров с общим анодом при максимальных значениях параметров импульсов управления по мощности и скорости нарастания тока управления.
Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее накопительную емкость и коммутирующий тиристор, включен ограничитель напряжения RU1, стабилитрон V1, резистор R1, пороговый элемент 1 и развязывающие диоды V2...V7. Таким образом, импульс управления на силовые тиристоры формируется непосредственным разрядом энергии емкостей на управляющие переходы силовых тиристоров через вспомогательные тиристоры, которые переключаются при сравнении напряжения на емкостях и напряжения срабатывания порогового элемента. Переключение вспомогательных тиристоров осуществляется током, протекающим с анода через пороговый элемент, управляющие цепи вспомогательных и силовых тиристоров. Разделение всех цепей устройства управления, связанных с катодами силовых тиристоров, осуществляется диодами.
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства управления для двух силовых тиристоров с общим анодом.
Устройство состоит из ограничителя напряжения RU1, включенного между нейтралью и фазами последовательно со стабилитроном V1 и диодами V2, V3, катоды которых подключены к разным фазам.
К общей точке RU1 и V1 подключены емкости C1, C2 через сопротивление R1 и диоды V4, V5. Емкости C1, C2 одними из выводов соединены с катодами силовых тиристоров, а другие выводы через тиристоры V8, V9 также соединены с управляющими электродами этих тиристоров. К общей точке анодов диодов V4, V5 подключен пороговый элемент 1, выход которого через диоды V6, V7 соединен с управляющими электродами вспомогательных тиристоров V8, V9.
Работа устройства управления осуществляется следующим образом. Импульс перенапряжения, превышающий напряжение ограничения RU1, создает ток в цепи RU1, V1, V2 и в цепи RU1, V1, V3. От опорного напряжения V1 за определенное время - время задержки - заряжаются емкости C1, C2 до напряжения переключения порогового элемента 1, которое ниже напряжения стабилизации V1. В качестве порогового элемента могут использоваться тиристор со стабилитроном, включенным между анодом и управляющим электродом, динистор и т.п. При переключении порогового элемента от опорного напряжения V1 начинает протекать ток в цепи: R1, пороговый элемент 1, V6, управляющий электрод V9, управляющий электрод V11, фаза В (параллельно V7, V8, V10, фаза А).
Таким образом, с использованием внешнего контура тока (приходящего импульса перенапряжения) начинается процесс включения вспомогательных тиристоров, силовых тиристоров и одновременно разряд емкостей C1, C2 на управляющие переходы силовых тиристоров. Время включения маломощных вспомогательных тиристоров (достигнутый уровень тиристоров отечественного производства десятки нс) в несколько раз меньше времени включения мощных силовых тиристоров, и поэтому включение последних производится за счет разряда емкостей C1, C2, т.е. мощным импульсом с высокой скоростью нарастания тока управления. Диоды V2...V7 исключают электрическую связь между фазами.
По аналогии с приведенным устройством управления для двух фаз строятся многофазные или многоканальные схемы.
Предлагаемое устройство управления группами силовых тиристоров с общим анодом отвечает всем требованиям, предъявляемым к устройствам защиты от перенапряжений. Оно позволяет получить импульсы управления с оптимальными параметрами. Регулируемая задержка включения силовых тиристоров обеспечивает селективность защиты при использовании, например, в качестве первой ступени защиты ограничителя напряжения. Одновременное включение силовых тиристоров во всех фазах исключает межфазные перенапряжения. Отсутствие развязывающих трансформаторов значительно повышает надежность устройства, делает его технологичным в производстве.
Достижение поставленной цели подтверждается тем, что для импульсных трансформаторов в режиме хранения интенсивность отказов 
10-6, а наибольшая интенсивность отказов для резисторов, конденсаторов, диодов и тиристоров 10-9 /4/.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. А.с. СССР №256049. Приоритет от 12.01.68.
2. А.с. СССР №546067. Приоритет от 09.12.74.
3. А.с. СССР №428504. Приоритет от 21.03.72.
4. Надежность изделий электронной техники, электроники и квантовой электроники. Единый справочник, т.1, изд. 4-е, ВНИИ "Электростандарт", 1982.
Формула изобретения
Устройство управления группой из n тиристоров с общим анодом, подключенным к выводу для подключения нейтрали, и катодами, подключенными к выводам для подключения напряжения соответствующих фаз, содержащее n накопительных конденсаторов и n вспомогательных тиристоров, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, введены ограничитель напряжения, стабилитрон, резистор, пороговый элемент и три группы из n развязывающих диодов, при этом первый вывод ограничителя напряжения соединен с выводом для подключения нейтрали, второй вывод соединен с первым выводом резистора и первым выводом стабилитрона, второй вывод которого соединен с общей точкой анодов первой группы из n диодов, катоды которых соединены с выводами для подключения напряжения соответствующей фазы, второй вывод резистора соединен с общей точкой анодов второй группы диодов непосредственно и с общей точкой анодов третьей группы через пороговый элемент, кроме того, катод каждого диода второй группы соединен с первым выводом соответствующего накопительного конденсатора, второй вывод которого соединен с выводом для подключения напряжения соответствующей фазы, и с анодом соответствующего вспомогательного тиристора, катод которого соединен с управляющим электродом соответствующего управляемого тиристора, а управляющий электрод - с катодом соответствующего диода третьей группы.
РИСУНКИ
