трехфазный тиристорный коммутатор

Формула изобретения

Трехфазный тиристорный коммутатор, содержащий шесть фазных тиристоров, у которых катоды первого - третьего и аноды четвертого - шестого фазных тиристоров подключены к соответствующим шинам питания, аноды первого - третьего и катоды четвертого - шестого фазных тиристоров подключены к соответствующим выходным шинам, шесть светодиодов, оптически связанных с соответствующими фазными тиристорами, шесть диодов, соединенных последовательно согласно с упомянутыми светодиодами, шесть резисторов, три тиристорных оптрона, светодиоды которых соединены последовательно и подключены к шинам управления, отличающийся тем, что в него введены восемнадцать дополнительных диодов и шесть пороговых элементов, например стабисторов, катоды светодиодов первого - третьего фазных тиристоров соединены через соответственно первый - третий дополнительные диоды с соответствующими шинами питания, аноды первого - третьего диодов через соединенные с ними последовательно согласно соответствующие первый - третий пороговые элементы соединены с соответствующими первыми выводами первого - третьего резисторов, вторые выводы которых соединены с шинами питания

последующих относительно фаз, связанных с первыми выводами соответствующих резисторов, светодиодов, аноды светодиодов четвертого - шестого фазных тиристоров соединены через соответствующие четвертый - шестой дополнительные диоды с соответствующими шинами питания, катоды четвертого - шестого диодов через соответствующие четвертый - шестой пороговые элементы соединены с первыми выводами соответствующих четвертого - шестого резисторов, вторые выводы которых подключены к шинам питания последующих относительно фаз, связанных с первыми выводами соответствующих резисторов, светодиодов, седьмой - девятый дополнительные диоды подсоединены анодами к катодам светодиодов соответствующих первого - третьего фазных тиристоров и катодам фототиристоров первого - третьего оптронных тиристоров, а катодами - к первым выводам четвертого - шестого резисторов соответственно, десятый - двенадцатый дополнительные диоды подсоединены катодами к анодам светодиодов соответствующих четвертого - шестого фазных тиристоров и анодам фототиристоров первого - третьего оптронных тиристоров, а анодами - к первым выводам первого - третьего резисторов соответственно, тринадцатый - пятнадцатый дополнительные диоды подсоединены катодами к соответствующим выходным шинам, анодами - к первым выводам первого - третьего резисторов соответственно, шестнадцатый - восемнадцатый дополнительные диоды подсоединены анодами к соответствующим выходным шинам и катодами к первым выводам четвертого - шестого резисторов соответственно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронной коммутационной технике, в частности к коммутаторам, срабатывающим при пересечении нулевого уровня трехфазного переменного напряжения, и может быть использовано для коммутации трехфазной нагрузки в цепях питания переменным трехфазным током различных радиоэлектронных устройств.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является трехфазный коммутатор (1) (прототип), содержащий шесть фазных тиристоров, у которых катоды первого, второго и третьего и аноды четвертого, пятого и шестого подключены к соответствующим шинам питания, аноды первого, второго и третьего и катоды четвертого, пятого и шестого подключены к соответствующим выходным шинам, шесть светодиодов оптически связанных с соответствующими фазными тиристорами, причем катоды первого, второго и третьего светодиодов соединены с соответствующими шинами питания, а аноды - с катодами первого, второго и третьего диодов соответственно, катоды четвертого, пятого и шестого светодиодов соединены с соответствующими выходными шинами, а аноды - с катодами четвертого, пятого и шестого диодов соответственно; шесть диодов, шесть резисторов, шесть тиристорных оптронов, у которых катоды фототиристоров первого, второго и третьего тиристорного оптрона подключены к соответствующим шинам питания, аноды соединены с анодами первого, второго и третьего диодов и через соответствующие резисторы - с выходными шинами; катоды фототиристоров четвертого, пятого и шестого тиристорных оптронов подключены к соответствующим выходным шинам, аноды - к анодам четвертого, пятого и шестого диодов и через четвертый, пятый и шестой резисторы - к соответствующим шинам питания; светодиоды тиристорных оптронов соединены последовательно согласно и подключены к шинам управления.

Недостатком данного устройства является относительно высокий уровень коммутационных помех, поскольку управляющие импульсы фазных тиристоров формируются из анодного напряжения, причем цепи управления связаны с нагрузкой, которая в общем случае может быть любого характера; усложненность схемы управления, содержащей шесть тиристорных оптронов, что приводит к понижению надежности, присутствие в нагрузке при выключенном коммутаторе напряжения помехи, определяемого фазовым напряжением сети и соотношением сопротивлений токоограничивающих резисторов и нагрузки, что снижает диапазон коммутируемых мощностей.

При создании изобретения ставилась задача по снижению уровня коммутационных помех, повышению надежности, расширению диапазона коммутируемых мощностей.

Изобретение заключается в том, что в трехфазный тиристорный коммутатор, содержащий шесть фазных тиристоров, у которых катоды первого, второго и третьего и аноды четвертого, пятого и шестого фазных тиристоров подключены у соответствующим шинам питания, аноды первого, второго и третьего и катоды четвертого, пятого и шестого фазных тиристоров подключены к соответствующим выходным шинам; шесть светодиодов, оптически связанных с соответствующими фазными тиристорами, шесть диодов, соединенных последовательно согласно с упомянутыми светодиодами, шесть резисторов, три тиристорных оптрона, светодиоды которых соединены последовательно и подключены к шинам управления, в каждую фазу введены шесть диодов и два пороговых элемента, катоды светодиоды первого, второго и третьего фазных тиристоров соединены через седьмой, восьмой и девятый диоды с соответствующими шинами питания, а аноды первого второго и третьего диодов через соединенные с ними последовательно согласно первый, второй и третий пороговый элемент-стабистор - с первыми выводами первого, второго и третьего резисторов, вторые выводы которых соединены с шиной питания последующей фазы; аноды светодиодов четвертого, пятого и шестого фазного тиристора соединены через десятый, одиннадцатый и двенадцатый диоды с соответствующими шинами питания, а катоды четвертого, пятого и шестого диодов через соединенные с ними последовательно согласно четвертый, пятый и шестой пороговый элемент-стабистор - с первым выводом четвертого, пятого и шестого резисторов, подсоединенных вторыми выводами к шинам питания последующей фазы; тринадцатый, четырнадцатый и пятнадцатый диоды подсоединены анодом к катоду светодиодов первого, второго и третьего фазного тиристора и катоду фототиристора первого, второго и третьего оптронного тиристора, а катоды - к первому выводу четвертого, пятого и шестого резистора соответственно; шестнадцатый, семнадцатый и восемнадцатый диоды подсоединены катодом к аноду светодиодов четвертого, пятого и шестого фазных тиристоров и аноду фототиристора первого, второго и третьего оптронного тиристора, а анодом - к первому выводу первого, второго и третьего резисторов соответственно; девятнадцатый, двадцатый и двадцать первый диоды подсоединены катодом к соответствующим выходным шинам, а аноды - к первому выводу первого, второго и третьего резистора соответственно; двадцать второй, двадцать третий и двадцать четвертый диоды подсоединены анодом к соответствующим выходным шинам, а катоды - к первому выводу четвертого, пятого и шестого резисторов соответственно.

В данном трехфазном тиристорном коммутаторе цепи управления фазных тиристоров отделены от цепей нагрузки, питание их осуществляется напряжением, опережающим анодное напряжение фазных тиристоров, что позволяет получить управляющие импульсы достаточной крутизны и амплитуды и, следовательно, уменьшить анодное напряжение, при котором происходит каждое очередное отпирание фазных тиристоров, снизить внутренние шумы устройства во включенном состоянии и осуществить более полную передачу напряжения сети в нагрузку; количество оптронных тиристоров, осуществляющих его коммутацию, сокращено вдвое; устранено в нагрузке напряжение помехи при выключенном устройстве.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема трехфазного тиристорного коммутатора.

Коммутатор содержит шесть фазных тиристоров 1-6, причем катоды 1-3 и аноды 4-6 фазных тиристоров подключены к соответствующим шинам питания A, B, C; аноды 1-3 и катоды 4-6 фазных тиристоров подключены к соответствующим выходным шинам 7-9; шесть светодиодов 10 - 15, оптически связанных с соответствующими фазными тиристорами; первый 16, второй 17 и третий 18 тиристорные оптроны, светодиоды которых соединены последовательно и подключены к шинам 19, 20 управления; первый 21, второй 22, третий 23, четвертый 24, пятый 25 и шестой 26 диоды, соединенные последовательно согласно с соответствующими светодиодами 10-15 фазных тиристоров 1-6, первый 27, второй 28, третий 29, четвертый 30, пятый 31, шестой 32, резисторы; восемнадцать диодов 33-50 и шесть 51-56 пороговых элементов (стабисторов), в качестве которых можно использовать и диоды. Катоды 10-12 светодиодов фазных тиристоров 1-3 соединены через седьмой, восьмой и девятый диоды 33-35 с соответствующими шинами питания A, B, C; аноды первого, второго и третьего диодов 21-23 через соединенные с ними последовательно согласно пороговые элементы 51-53 с первыми выводами резисторов 27-29, вторые выводы которых соединены с шиной питания последующей фазы B (C, A); аноды 13-15 светодиодов фазных тиристоров 4-6 соединены через десятый, одиннадцатый и двенадцатый диоды 36-38 с соответствующими шинами питания A, B, C катоды диодов 24-26 через соединенные с ними последовательно согласно пороговые элементы 54-56 - с первым выводом резисторов 30-32, подсоединенных вторыми выводами к шинам питания последующей фазы B (C, A); тринадцатый 39, четырнадцатый 40 и пятнадцатый 41 диоды подсоединены анодом к катодам светодиодов 10-12 фазных тиристоров 1-3 и катодам фототиристоров оптронных тиристоров 16-18, а катодом - к первому выводу резисторов 30 - 32 соответственно; шестнадцатый 42, семнадцатый 43 и восемнадцатый 44 диоды подсоединены катодом к анодам светодиодов 13-15 фазных тиристоров 4-6 и анодам фототиристоров оптронных тиристоров 16 - 18, а анодом - к первому выводу резисторов 27-29 соответственно; девятнадцатый 45, двадцатый 46 и двадцать первый 47 диоды подсоединены катодом к соответствующим выходным шинам 7-9, а анодом - к первому выводу резисторов 27-29; двадцать второй 48, двадцать третий 49 и двадцать четвертый 50 диоды подсоединены анодом к выходным шинам 7-9, а катодом - к первому выводу соответствующего резистора 30-32.

Устройство работает следующим образом.

Если силовое питание подано в момент времени t = 0, то при отсутствии напряжения на шинах 19, 20 ток по цепи светодиодов оптронных тиристоров 16-18 не протекает и фототиристоры этих оптронов находятся в непроводящем состоянии.

По цепи - фазы C, резистор 28, стабистор 52, диод 22, светодиод 11, фазного тиристора 2, диод 34, фаза B - протекает ток, поддерживающий открытое состояние оптически связанного с ним тиристора 2, после его открытия ток из цепи светодиода 11 отводится в сеть посредством диода 46 по цепи: фаза C, резистор 28, диод 46, тиристор 2, фаза B; по цепи - фаза C, диод 38, светодиод 15 фазного тиристора 6, диод 26, стабистор 56, резистор 32, фаза A - протекает ток, открывающий тиристор 6, после его открывания ток из цепи светодиода 15 с помощью диода 50 отводится в сеть по цепи; фаза C, фазный тиристор 6, диод 50, резистор 32, фаза A; по цепи - фаза A, диод 36, светодиод 13 фазного тиристора 4, диод 24, стабистор 54, резистор 30, фаза B - протекает ток, открывающий тиристор 4, после чего с помощью диода 48 шунтируется его цепь управления. В силовых цепях ток течет от фаз C, A фазные тиристоры 6, 4, нагрузку, тиристор 2 к фазе B.

В момент времени t = /6 по цепи - фаза A, резистор 29, диод 47, фазный тиристор 6 (смещенный током нагрузки в прямом направлении), фаза C - течет ток, минующий цепь светодиода 12 (анодное напряжение тиристора 3 в это время отрицательно), в момент времени t = /3 тиристор 6 запирается и ток управления смещается в цепь светодиода 12 через резистор 29, стабистор 53, диод 23, светодиод 12, диод 35 к фазе C; тиристор 3 отпирается и шунтируется с помощью диода 47 свою входную цепь (светодиод 12), и в нагрузочных цепях ток течет от фазы A тиристор 4, нагрузку, тиристоры 5, 6 к фазам B, C.

Включение остальных тиристоров происходит аналогично в соответствии чередованием фаз питающей сети.

При подаче напряжения на шины 19, 20 в цепи светодиодов оптронов 16-18 начинает протекать ток, вызывая из свечение, вследствие чего фототиристоры этих оптронов переходят в проводящее состояние, сопротивления открытых фототиристоров шунтируют светодиоды фазных тиристоров. Так, при положительной полуволне напряжения в фазе A цепь из последовательно соединенных светодиодов 13, диода 24 и стабистора 54 шунтируется цепочной, состоящей из последовательно соединенных фототиристоров оптрона 16 и диода 39, при этом падение напряжения на последних воспринимается практически целиком стабистором 54; при отрицательной полуволне напряжения в фазе A цепи из последовательно соединенных светодиода 10, диода 21 и стабистора 51 шунтируется цепочной из последовательно соединенных фототиристора оптрона 16 и диода 42.

Такие же функции выполняют фототиристор оптрона 17 для светодиода 11, 14 фазных тиристоров 2, 4; фототиристор оптрона 18 для светодиодов 12, 15 фазных тиристоров 3, 6.

Вследствие этого свечение светодиодов фазных тиристоров 1-6 прекращается. Тиристоры 1-6 закрываются, причем их выключение происходит в момент достижения соответствующим разным напряжением нулевого значения. Таким образом нагрузка последовательно отключается от фаз питающей сети в течение не более одного полупериода с момента подачи управляющего напряжения. При снятии напряжения с шин 19, 20 происходит обесточивание цепи светодиодов оптронов 16-18, что приводит к прекращению их свечения. Фототиристоры оптронов 16-18 закрываются, причем их выключение происходит в моменты достижения соответствующим разным напряжением нулевого значения. В эти моменты прекращается шунтирование соответствующих цепочек, состоящих из светодиодов, диодов и стабисторов: 10, 21 и 51; 13, 24 и 54; 11, 22 и 52; 14, 25 и 55; 12, 23 и 53; 15, 26 и 56, что вызывает появление свечения соответствующих светодиодов и включение соответствующих фазных тиристоров 1-6.

Таким образом нагрузка последовательно подключается к фазам питающей сети в моменты равенства нулю значений разных напряжений. Подключение производится за время не более длительности одного полупериода с момента отключения управляющего напряжения. Коммутатор переходит в исходное состояние.

Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР N 1541768, H 03 K 17/78, 1990.