Тиристорный коммутатор
Владельцы патента RU 2262188:
Открытое акционерное общество "Новосибирское авиационное производственное объединение им. В.П. Чкалова" (RU)
Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для подключения нагрузки различного характера к трехфазной сети. Достигаемый технический результат - повышение надежности. Тиристорный коммутатор содержит девять диодов, три силовых тиристора и три силовых диода, стабилитрон, три резистора, управляющий ключ. 1 ил
Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для подключения нагрузки различного характера к трехфазной сети.
Известно устройство (1), содержащее в каждой коммутируемой фазе силовой тиристор и силовой диод, у которых точка соединения анода силового диода с катодом силового тиристора соединена с входной шиной фазы, катода силового диода и анода силового тиристора - с клеммой для подключения нагрузки; первый, второй и третий диоды; катодами соединенные с управляющими электродами силовых тиристоров каждой фазы, а анодами - с первым выводом ключа управления, четвертый, пятый и шестой диоды, первый, второй и третий резисторы, стабилитрон, подключенный анодом к второму выводу ключа управления, а катодом - к анодам четвертого, пятого и шестого диодов и первым выводам первого, второго и третьего резисторов, при этом точка соединения катода четвертого диода с вторым выводом первого резистора подключена к выходной клемме первой фазы, катода пятого диода с вторым выводом второго резистора - к выходной клемме второй фазы, катода шестого диода и второго вывода третьего резистора - к выходной клемме третьей фазы.
Недостатком известного устройства является то, что к управляющему ключу в разомкнутом состоянии прикладывается амплитуда линейного напряжения сети, что снижает надежность.
При создании изобретения решалась задача по повышению надежности.
Существенное отличие предложенного коммутатора заключается в том, что в трехфазный коммутатор, содержащий в каждой коммутируемой фазе силовой тиристор и силовой диод, у которых точка соединения анода силового диода с катодом силового тиристора соединена с входной шиной фазы, а точка соединения катода силового диода с анодом силового тиристора - с выходной шиной; первый, второй и третий диоды, катодами соединенные с управляющими электродами силовых тиристоров каждой фазы, стабилитрон, четвертый, пятый и шестой диоды, первый, второй и третий резисторы, управляющий ключ, причем катод стабилитрона подключен к анодам четвертого, пятого и шестого диодов и первым выводам первого, второго и третьего резисторов, точка соединения катода четвертого диода с вторым выводом первого резистора подключена к выходной клемме первой фазы, точка соединения катода пятого диода и второго вывода второго резистора - к выходной клемме второй фазы, точка соединения катода шестого диода и второго выхода третьего резистора - к выходной клемме третьей фазы - введены седьмой, восьмой и девятый диоды, подключенные катодом к входной шине соответствующей фазы, а анодами - к первому выводу ключа управления, подключенного вторым выводом к катоду стабилитрона, анод которого подсоединен к анодам первого, второго и третьего диодов.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в разработке трехфазного коммутатора с низковольтным управляющим ключом (порядка нескольких вольт на разомкнутом ключе).
На чертеже представлена принципиальная схема устройства. Устройство содержит в каждой коммутируемой фазе А (В, С) силовой резистор 1 (2, 3) и силовой диод 4 (5, 6), у которых точка соединения анода силового диода с катодом силового тиристора соединена с входной шиной фазы А (В, С), катода силового диода и анода силового тиристора - клеммой 7 (8, 9) для подключения нагрузки, первой 10, второй 11, и третий 12 диоды, катодами соединенные с управляющими электродами силовых тиристоров 1-3 каждой фазы, стабилитрон 13, четвертый 14, пятый 15 и шестой 16 диоды, первый 17, второй 18 и третий 19 резисторы; управляющий ключ 20, седьмой 21, восьмой 22 и девятый 23 диоды, при этом катод стабилитрона 13 подключен к анодам четвертого 14, пятого 15 и шестого 16 диодов и первым выводам первого 17, второго 18 и третьего 19 резисторов, точка соединения катода четвертого диода 14 с вторым выводом первого резистора 17 подключена к выходной клемме 7 первой фазы (А), точка соединения катода пятого диода 15 и второго вывода второго резистора 18 - к выходной клемме 8 второй фазы (В), точка соединения катода шестого диода 16 и второго вывода третьего резистора 19 - к выходной клемме 9 третьей фазы (С), седьмой 21, восьмой 22 и девятый 23 диоды подключены катодом к входной шине соответствующей фазы А (В, С), а анодами - к первому выводу ключа управления 20, подключенного вторым выводом к катоду стабилитрона 13, анод которого соединен к анодам первого 10, второго 11 и третьего 12 диодов.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии управляющий ключ 20 замкнут, управляющие переходы силовых тиристоров 1-3 зашунрованы через управляющий ключ 20 и диоды 21-23 (например, для силового тиристора 1 с момента времени ток течет от фазы В, силовой диод 5, второй резистор 18, управляющий ключ 20, седьмой диод 21 к фазе А, минуя цепь из встречно-последовательно соединенных управляющего перехода стабилитрона 13 и первого диода 10), тиристоры 1-3 закрыты, но в нагрузочной цепи каждой фазы протекает ток, определяемый схемой двухпульсного выпрямленного напряжения трехфазной сети и суммарным сопротивлением нагрузочной ветви данной фазы и сопротивлением соответствующего резистора, а поскольку сопротивление резисторов 17-19 много больше сопротивления нагрузки, то и напряжение помехи в нагрузке составляет не более вольта в зависимости от мощности нагрузки (например, для фазы А ток в нагрузке протекает по цепи: фаза В, силовой диод 5, нагрузочные ветви фаз В, А, первый резистор 17, управляющий ключ 20, седьмой диод 21, фаза А, а с момента времени 
- фаза С, силовой диод 6, нагрузочные ветви фаз С, А первый резистор 17, управляющий ключ 20, седьмой диод 21, фаза А).
При размыкании управляющего ключа 20 в момент времени ωt=0 по цепи фаза С, силовой диод 6, третий резистор 19, стабилитрон 13, второй диод 11, управляющий переход силового тиристора 2, фаза В протекает ток, открывающий тиристор 2, после его открытия по цепи фаза С, силовой диод 6, третий резистор 19, пятый диод 15, силовой тиристор 2, фаза В течет ток (до 
), минуя цепь, состоящую из стабилитрона 13, диода 11 и управляющего перехода 2. Далее в промежутке времени 
по цепи фаза А, силовой диод 4, первый резистор 17, пятый диод 15, силовой тиристор 2, фаза В течет ток, также минующий цепь управляющего перехода тиристора 2. В промежутке времени 
падение напряжения на пятом диоде 15 и силовом тиристоре 2 прикладывается к цепи, состоящей из управляющего перехода тиристора 2, второго диода 11 и стабилитроном 13 и практически целиком воспринимается стабилитрона 13, существенно снижая тем ток через управляющий переход тиристора 2. В силовых цепях ток чечет от фаз С, A через силовые диоды 6, 4, нагрузку, тиристор 2 к фазе В.
Включение силовых тиристоров 3, 1 происходит аналогично включению тиристора 2 в соответствии с чередованием фаз питающей сети.
На разомкнутом управляющем ключе 20 в течение 15-20 мксек - время включения, например, силового тиристора 2 - присутствует напряжение, определяемое линейным напряжением между фазами С, В и соотношением величин сопротивлений резистора 19 и цепи управляющего перехода тиристора 2, составляющее по амплитуде при напряжении питания 380 в примерно 6-9 В. После подключения тиристора к разомкнутому управляющему ключу 20 прикладывается через диод 22 сумма падений напряжений на тиристоре 2 и диоде 15 (примерно 1,5 В).
Если нежелательно иметь в нагрузке при замкнутом ключе 20 напряжение помехи, то в цепь силового диода 4 (5, 6) можно ввести последовательно-согласно включенный дополнительный диод, подсоединенный катодом к аноду силового тиристора 1 (2, 3), а анодом - к второму выводу резистора 17 (18, 19) и катоду диода 14 (15, 16).
Для отключения устройства замыкается управляющий ключ 20, при этом управляющие переходы силовых тиристоров 1-3 через диоды 21-23 шунтируются, что приводит к их закрытию и отключению нагрузки от питающей сети.
В сравнении с прототипом заявленный тиристорный коммутатор отличается существенно сниженным напряжением на управляющем ключе, что повысило надежность устройства.
Источник информации
1. Патент РФ №2020742, кл. Н 03 К 17/72, 17/78, 1992 г.
Тиристорный коммутатор, содержащий в каждой коммутируемой фазе силовой тиристор и силовой диод, у которых точка соединения анода силового диода с катодом силового тиристора соединена с входной шиной фазы, а точка соединения катода силового диода с анодом силового тиристора - с выходной шиной, первый, второй и третий диоды, катодами соединенные с управляющими электродами силовых тиристоров каждой фазы, стабилитрон, четвертый, пятый и шестой диоды, первый, второй и третий резисторы, управляющий ключ, при этом катод стабилитрона подключен к анодам четвертого, пятого и шестого диодов и первым выводам первого, второго и третьего резисторов, точка соединения катода четвертого диода с вторым выводом первого резистора подключена к выходной клемме первой фазы, точка соединения катода пятого диода и второго вывода второго резистора - к выходной клемме второй фазы, точка соединения катода шестого диода и второго вывода третьего резистора - к выходной клемме третьей фазы, отличающийся тем, что в него введены седьмой, восьмой и девятый диоды, подключенные катодом к входной шине соответствующей фазы, а анодами - к первому выводу ключа управления, подключенного вторым выводом к катоду стабилитрона, анод которого подсоединен к анодам первого, второго и третьего диодов.
