Тиристорный двухполупериодный переключатель переменного тока

 

(720723

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик у ь, (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 25.11.77 (21) 2548609/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет—

Опубликовано 05.03.80. Бюллетень №9

Дата опубликования описания 15.03.80 (51) М. Кл

Н 03 К 17/56

Государственный комитет

СССР

II0 äåëàì изооретеиий и открытий (53) УДК 621.318. .975 (088.8) Г. А. Бобаков, В. С. Свирков, М. В. Вербицкий и С. С. Логунов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ТИРИСТОРНЫЛ ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

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

Так как симметричный тиристор по своему назначению является переключателем переменного тока, то наиболее эффективным будет включение прибора с 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 пита-. ния 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 це20 пи 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 в открытом состоянии, обусловленого включением в цепь формирования стабилитронов, то в управляющем переходе тиристора и на стабилитронах рассеивается избыточная мощность.

Известны транзисторные формирователи

«широких» 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 повышенной частоты с близкой к прямоугольной формой выходного напряжения. Сигнал управления, мощность которого во много раз меньше мощности отпирающего импульса, подается на один из оптронов при запуске и на другой оптрон в момент окончания отпирающего импульса (2) .

Схема обеспечивает надежное выключение тиристора при отсутствии сигнала управления.

Недостатки известного формирователя заключаются в следующеМ."

1. Даже для однотактного ключа переменного тока требуется раздельное, но согла- сованное во времени устройство управления двумя оптронами с узким запускающим импульсом для первого входа и запирающим ном в диагонали моста, который другой диа= гональю вклМчен -в управляющую" цейь тиристора. Формирование импульса, зайускающего тиристор, производится непосредственно в цепи управляющего электрода тиристора также за счет энергии источника питания нагрузки (3).

Сигнал управления подается на вход фототиристора оптрона. Фототиристор осуществляет коммутацию цепи управления тиристора.

Недостатки известного устройства заключаются в невозможности его использования

У.О

25 для реверсйвного управления электродвигателем;- капряжение анод-катод включенного тиристора оказывается недостаточным для создания в цепи управления тока, удерживающего тиристор во включенном состоянии, особенно при активно-индуктивном характере нагрузки и работе устройства в диапазоне температур от -60 до +85 С. Форма

35 отпирающих импульсов не является оптимальной. Применение фототиристбрного оптрбна не всегда возможно по условияя эксплуатации. Применение известной схемы требует для своей работы наличия устрой- 49 ства управления фототиристорным оптроном, без которого схема не является работоспособной.

Целью изобретения являются расширение функциональных возможностей тиристорного переключателя за счет обеспечения реверсирования нагрузки и также улучшен ия параметров отпирающих импульсов.

Эта цель достигается тем, что тиристорн ый двухполупериодный переключатель переменного тока, содержащий симметричный

50 триггер, связанный через нагрузку с выводами источника переменного тока, формирователь отпирающих импульсов, выполненный в виде диодного моста, связанного через балластный резистор, с управляющим элект" родом симметричного тиристора, и второй оптический элемент, снабжен вторым симФ. метричным тиристором, вторым входным оптическим элементом, двумя дополнительныимпульсом по второму входу.

2. Для уменьшения габаритов трансфор -" матора и для улучшения формы отпирающего импульса требуется источнйк напряжения прямоугольной формы и повышенной частоты, что усЛожняет устройство и является источником радиопомех.

3. Большое число элементов, приходящееся на один тиристор.

Известен также ключ переменного тока, содержащий, кроме симметричного тиристора, диодный мост с тиристорным оптро3 ми балластными резисторами, трансформатбром с" тремя вторичными обмотками, вторым формирователем отпирающих импульсов, двумя транзисторами, база-эмиттерные

4 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, выполненные 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, включенным 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, которая г1одключена 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, при этом точки соединепереходы которых шунтированы диодами, двумя усилителями, двумя источниками питаййя усилителей, причем основная вторичная обмотка 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 тиристора, включенного в

720723 (ния 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 транзисторов 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. гз

Ток фотодиода открывает транзисторы усилителя 3, током которого открывается транзистор 9.

Все транзисторы устройства работают в ключевом режиме.

При открытом транзисторе 9 по управляю- зо щей цепи тиристора 16 будет протекать ток.

Допустим, чт0 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 управления, синхронизированного с моментом перехода переменного напряжения питания через «нуль», в первый же полупериод питающего напряжения напряжение и ток на управляющем переходе тиристора 16 будут 4о увеличиваться от «нуля» до величины, при которой произойдет включение тиристора 16.

При этом напряжение между электродами . катод-анод уменьшится до величины, соответствующей включенному состоянию тиристора, и ток в управляющей цепи также умень-4 шится. Через включенный тиристор 16 резистор 14, нагрузку 20 от обмотки 19 будет протекать 1ок, создавая на резисторе 14 дополнительное падение напряжения в анодной цепи тиристора 16. За счет этого напря- щ жения 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 выключен ном 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 наилучший режим работы тиристоров.

Формула изобретения

1. 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 расширения функциональных возможностей путем обеспечения реверсирования нагрузки и улучшения параметров отпирающих импульсов, он снабжен вторым симметричным тиристором, вторым входным оптическим элементбм, двумя дополнительными балластными резисторами, трансформатором с тремя вторичными обмотками, вторым формирователем отпирающих импульсов, двумя транзисторами, база-эмиттерные переходы которых шунтированы 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 резистор, выход каждого усилителя подключен к базе соответствующего тиристора, включенного в диагональ соответствующего диодного моста формирователя отпирающих им720723 пульсов, каждый оптический элемент подключен к входу соответствующего усйлителя.

2. Тиристорный двухполупериодный переключатель Ilo п. 1, отличающийся тем, что входные оптические элементы выполнены в виде оптронов.

3. Тиристорный двухполупериодный перекл1очатель по п. 1, отличающийся тем, что усилители выполнены в виде эмиттерных повторителей, база-эмиттерные переходы транзисторов которых шунтированы диодами.

4. Тиристорный двухполупериодный переключатель по п. 1, отличающийся тем, что каждый источник питания усилителей вы полнен в виде дополнительной обмотки транс- 4s!

»L

1 (Я ) Составитель E. Калинкин

Редактор Ю. Челюкайов Техред К, Шуфрич . Корректор В. Бутяга

Зак аз 10244/48 Тираж 995 Подан гное

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Ф илиал П П П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1

)+

1

1—

Vy форматора, подключенной через диодный мост к соединенным последовательно накопительным- конденсаторам, точка соединения которых подключена к одному из концов диагонали соответствующего диодного моста формирователя импульсов и средней точке вспомогательной обмотки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дзюбин И. И. Симметричные тиристоры. М., 1970, с. 31.

2. Писарев А. А, и др. Управление тиристорными преобразователями. М., «Энергия», 1975, с. 240 — 241.

3. Авторское свидетельство СССР № 438111, кл. Н 03 К 17/56, 15.10.69. ф

Г!