устройство управления группой симисторов (тиристоров)

Формула изобретения

Устройство группового запуска симисторов, включающее усилители-формирователи импульсов тока управления симисторами, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные выпрямитель на операционном усилителе с регулируемым коэффициентом усиления, работающем в режиме усиления-ограничения, формирователь знакопеременных импульсов и дифференцирующая цепь, а также разделительные конденсаторы, при этом вход выпрямителя на операционном усилителе подключен к сети переменного тока, являющейся источником питания для симисторов, выход дифференцирующей цепи соединен со входом усилителя формирователя импульсов тока управления симисторами, выход которого через разделительные конденсаторы подключен ко входам симисторов, величина емкости которых определяется из математического выражения

С= /2Х_с,

где - длительность запускающего импульса;

Х_с - сопротивление емкости на частоте запуска.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, более конкретно к системам контроля и управления силовыми симисторными (тиристорными) выпрямительными устройствами.

Известно устройство контроля и защиты тиристора, включающее: генератор прямоугольных управляющих импульсов, соединенный с управляющим электродом тиристора через усилитель-формирователь импульсов тока управления тиристором, датчик напряжения на тиристоре в виде оптопары, выход которой подключен к информационному входу основного D-триггера, стробирующий вход которого предназначен для соединения с выходом генератора прямоугольных управляющих импульсов, а инверсный выход - с индикатором, исполнительный орган защиты, дополнительный D-триггер, дополнительный индикатор, логический инвертор и элемент ИЛИ, причем информационный вход дополнительного D-триггера объединен с информационным входом основного D-триггера, стробирующий вход дополнительного D-триггера соединен со стробирующим входом основного D-триггера через логический инвертор, а прямой выход дополнительного D-триггера соединен с дополнительным индикатором, при этом инверсный выход основного D-триггера и прямой выход дополнительного D-триггера через элемент ИЛИ соединены с выходом исполнительного органа защиты (аналог, А.С. СССР 16603686, Опубл. в БИ 22, 03.05.89 г.).

Недостатком рассмотренного аналога является недостаточная надежность схемы защиты при увеличении числа тиристоров в группе.

Известен способ фазового управления тиристорным преобразователем по вертикальному и горизонтальному принципу, по которому формируют импульсы длительностью, равной фазовому углу управления для распределения по тиристорным преобразователям, формируют сигнал о включенном состоянии соответствующего тиристорного преобразователя и по среднему фронту этого сигнала формируют заданный фронт импульсов управления тиристорами преобразователя (аналог, Н 02 М 1/08, СССР 1660111, Опубл. в БИ 22 от 15.01.88).

Недостатком устройства, реализующего способ фазового управления тиристорным преобразователем, является низкая надежность, поскольку при выходе из строя даже одного тиристора прекращается работа всех тиристорных преобразователей группы либо их выход из строя.

Задачей данного технического решения является повышение надежности работы группы симисторных (тиристорных) преобразователей.

Задача повышения надежности работы группы симисторных (тиристорных) преобразователей решается дополнительным включением: управляемого выпрямителя на операционном усилителе (ОУ), формирователя знакопеременных импульсов, дифференцирующей цепи, соединенных последовательно, разделительных конденсаторов С1-Сn. Вход усилителя формирователя на ОУ подключен к сети переменного тока, являющейся одновременно источником питания для группы симисторов, а выход формирователя импульсов управления подключен к входу управляемых симисторных ключей, через разделительные конденсаторы С1-Сn, величина емкости которых определяется из равенства

С=/2Х_c,

где - длительность запускающего импульса;

Х_c - сопротивление емкости на частоте запуска.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, где введены следующие обозначения: управляемый выпрямитель на операционном усилителе - 1, формирователь знакопеременных импульсов - 2, дифференцирующая цепь - 3, формирователь импульсов управления - 4, управляемые симисторные ключи - 5. Все блоки соединены последовательно.

На фиг. 2 приведена функциональная схема управляемого выпрямителя на операционном усилителе.

На фиг. 3. приведена функциональная схема группы симисторных преобразователей с раздельными нагрузочными сопротивлениями.

На фиг. 4 приведены эпюры напряжений на выходе блоков устройства: U_вх - напряжение на входе управляемого выпрямителя на операционном усилителе 1, 6 - напряжение на выходе управляемого выпрямителя на операционном усилителе 1, 7 - эпюра напряжения на выходе формирователя знакопеременных импульсов 2, 8 - сформированные импульсы на выходе дифференцирующей цепи 3, 9 - напряжение на выходе формирователя импульсов управления симисторами 4, 10 - напряжение на нагрузочных сопротивлениях симисторов (тиристоров) 5.

Устройство работает следующим образом.

Питающая устройство сеть переменного тока подается на вход управляемого выпрямителя на ОУ 1 и на симисторные (тиристорные) ключи 5. Управляемый выпрямитель на ОУ работает в режиме усиления-ограничения. С выхода управляемого выпрямителя на ОУ выходной сигнал (эпюра 6) поступает на формирователь знакопеременных импульсов 2. С выхода формирователя 2 напряжение в виде знакопеременных импульсов (эпюра 7) поступает через дифференцирующую цепь 3 (эпюра 8) на вход формирователя униполярных импульсов 4, состоящего из импульсного усилителя-формирователя и силового ключа. Включение силового ключа обусловлено необходимостью формирования для запуска симисторов импульсов тока отрицательной полярности (эпюра 9) (для тиристоров импульсы запуска положительные).

Формирование импульса запуска (эпюра 9) задним фронтом импульса (эпюра 7), обеспечивает задержку от точки t=0 на 100-150 мкс. Время задержки регулируется изменением коэффициента усиления усилителя-ограничителя. Изменение коэффициента усиления усилителя-ограничителя (1) обуславливает обратно пропорциональные изменения ширины провала в выпрямленном напряжении (эпюра 6). Пропорционально изменению ширины провала изменяется длительность импульсов на выходе формирователя 2 (эпюра 7). Такая задержка позволяет в момент запуска симистора (тиристора) иметь в нагрузке ток больше тока удержания, при этом возможна минимальная длительность импульса запуска, а следовательно, возможность использовать маломощный источник питания всей схемы. Например, применять конденсаторные источники питания с минимальными значениями емкостей 0,1 мкФ - 0,15 мкФ, поскольку ток потребления от сети 220 В составляет 10 мА, а потребляемая мощность при напряжении питания 9 В не превышает 90 мВт. От одного устройства возможен запуск порядка 15 симисторов типа ТС106-10, Тс112-16 или подобных им. Конденсаторы С1-Сn выбираются из расчета

U_n/X_c=I_упр,

X_c=1/2fC,

где f определяется по длительности запускающего импульса (), равного 20-30 мкс.

При выходе из строя одного или нескольких тиристоров (симисторов) и попадании фазного напряжения на запускающий электрод напряжение делится на делителе C1R при R = 80 Ом (см. фиг. 3.).

при C1-Cn= 0,1 мкФ, R80 Ом, К _дел=400, тогда напряжение помехи в точке (9) будет равно 0,8 В (амплитудное значение).

Из неравенства

U_пит-U_пом>U_{отп.мин}

можно определить сколько симисторов, вышедших из строя, не окажет существенного влияния на работу оставшихся в группе исправных симисторов. Указанное неравенство справедливо и для оценки работоспособности формирователя (2). Напряжение управления (U_yпp), не отпирающее постоянное напряжение, не превышает 0,25 В. Напряжение помехи (U_пом) может превышать 0,25 В, но запуск тиристоров возможен при токе управления, превышающем 2 мА. При установке в цепи запуска тиристоров (симисторов) конденсаторов С1-Сn сопротивлением на частоте 50 Гц (частота помехи) более 30 кОм помеха амплитудой 0,8 В создает ток в цепи управления не более 30 мкА, что недостаточно для запуска исправных тиристоров. Следовательно, данная схема группового запуска тиристоров (симисторов) сохраняет работоспособность при выходе из строя до 30% тиристоров рабочей группы.

Предлагаемое устройство может быть использовано для управления группой электронагревательных приборов от одного устройства регулировки температуры.