высоковольтный ключ

Формула изобретения

Высоковольтный ключ, содержащий цепь, состоящую из N (где N>1) последовательно и согласно включенных тиристоров, N резисторов и шины управления, отличающийся тем, что в него введены N_доп. дополнительных резисторов, образующих с N резисторами цепь из последовательно соединенных уравнивающих делителей напряжений, каждый из которых включен параллельно соответствующему тиристору, начиная с второго, а отвод каждого делителя напряжений соединен с управляющим электродом соответствующего тиристора, и по крайней мере одна цепь, состоящая из стабилитрона, соединенного анодом с общей шиной, а катодом через высокоомный резистор - с уравнивающим резистором первого делителя напряжений, включенного параллельно стабилитрону конденсатора и диода, анод которого соединен с катодом стабилитрона, а катод - с точкой соединения первой пары диодов диодной цепи, состоящей из N+1 последовательно и согласно включенных диодов, включенной параллельно и встречно тиристорной цепи, и точка соединения каждой пары диодов которой соединена с отводом соответствующего уравнивающего делителя напряжений, при этом шина управления соединена с управляющим электродом первого тиристора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в модуляторах и регуляторах постоянного тока.

Известны высоковольтные ключи, содержащие цепь из последовательно включенных тиристоров. Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является высоковольтный ключ, защищенный а.с. N 1499470 [1].

Ключ содержит последовательную цепь из согласно включенных тиристоров, к управляющему электроду каждого из которых подключен вывод соответствующего диодного моста, вход каждого из которых подключен к вторичной обмотке соответствующего импульсного трансформатора. Первичные обмотки трансформаторов соединены последовательно и подключены к выводам генератора управляющих импульсов. К катодам тиристоров, соединенных в последовательную цепь, подключены первые выводы соответствующих резисторов, вторые выводы которых соединены с управляющими электродами соответственно второго и следующих (до последнего) тиристоров, а второй вывод последнего резистора соединен с анодом последнего тиристора, являющимся анодным выводом последовательной тиристорной цепи.

Первый тиристор моет быть зашунтирован дополнительным резистором.

Данное устройство требует использования многообмоточных импульсных высокопотенциальных трансформаторов с усиленной изоляцией, которые громоздки, сложны в изготовлении и дороги. В результате чего все устройство обладает теми же недостатками.

Кроме того, в данном устройстве необходим генератор сигнала управления большой мощности.

Целью настоящего изобретения является упрощение устройства, уменьшение его габаритов, стоимости, а также повышение экономичности устройства.

Для достижения указанной цели в высоковольтном ключе, состоящем из N /где N > 1/ последовательно включенных тиристоров, резисторов, диодов и шины управления, дополнительно введены N_доп. резисторов, образующих с N резисторами цепь из последовательно соединенных уравнивающих делителей напряжений, каждый из которых включен параллельно соответствующему тиристору, начиная с второго, а отвод каждого делителя напряжений соединен с управляющим электродом соответствующего тиристора. Параллельно и встречно цепи тиристоров включена цепь, состоящая из N+1 последовательно и согласно включенных диодов, точка соединения каждой пары которых соединена с отводом соответствующего делителя напряжения.

Кроме того, в устройство введена по крайней мере одна цепь, состоящая из стабилитрона, конденсатора и диода. Анод стабилитрона соединен с общей шиной, а катод - через высокоомный резистор с уравнивающим резистором первого делителя напряжений, конденсатор включен параллельно стабилитрону, а диод анодом соединен с катодом стабилитрона, а катодом - с точкой соединения первой пары диодов диодной цепи. Шина управления соединена с управляющим электродом первого тиристора.

Если в ключе количество тиристоров более 20-30, то через каждые 20-30 тиристоров подключается еще одна цепь из стабилитрона, конденсатора и диода. Вторая и т.д. цепи подключены точно таким же образом, как и первая.

На чертеже представлена электрическая схема варианта предлагаемого высоковольтного ключа.

Предлагаемый высоковольтный ключ содержит последовательную цепь из N согласно включенных тиристоров 1. В представленном на чертеже примере цепь состоит из 50 последовательно включенных тиристоров 1. Параллельно каждому тиристору 1, начиная с второго, включен уравнивающий делитель напряжений 2, состоящий из уравнивающего высокоомного резистора 3 номиналом 100-200 кОм и низкоомного резистора 4 номиналом 100-200 Ом. Отвод каждого делителя напряжений 2 соединен с управляющим электродом соответствующего тиристора 1. Параллельно последовательной цепи тиристоров 1 включена цепь, содержащая 51 диод 5, включенные согласно друг другу и встречно тиристорам 1. Точка соединения каждых двух соседних диодов 5 соединена через ограничивающий резистор 6 с отводом соответствующего делителя напряжений 2. Между общей шиной и первым делителем напряжений 2 через резистор 3 включен согласно диодам 5 стабилитрон 7, служащий с резистором 3 делителем напряжений. Параллельно стабилитрону 7 включен конденсатор 8, к катоду стабилитрона 7 подключен анод диода 9, катод которого соединен с точкой соединения первой пары диодов 5 диодной цепи. После 24-го тиристора 1 подключена вторая цепь из стабилитрона 7, конденсатора 8 и диода 9. Анод стабилитрона 7 соединен с катодом 25-го тиристора 1, а катод - через резистор 3 анодом того же тиристора. Конденсатор 8 включен параллельно стабилитрону 7. Диод 9 анодом соединен с катодом стабилитрона 7, катодом - с точкой соединения 25-ой пары диодов 5 диодной цепи. Шина управления соединена с управляющим электродом тиристора 1₁. Между шиной управления и общей шиной включен резистор 10. Такой же резистор 10 включен между управляющим электродом 25-го тиристора и его катодом.

Предлагаемый ключ работает следующим образом.

В исходном состоянии тиристоры 1 закрыты. Высокое напряжение, подаваемое на входные клеммы устройства, благодаря делителям напряжений 2 распределяется между тиристорами 1 практически поровну. При этом тиристоры 1 закрыты, а через делители напряжений 2 протекает небольшой ток /5-10 мА/. Конденсатор 8 за несколько мс заряжается до потенциала, определяемого стабилитроном 7.

При подаче импульса управления на управляющий электрод первого тиристора 1 этот тиристор открывается, потенциал его анода падает практически до нуля и конденсатор 8 начинает разряжаться через диод 8 и цепь управления второго тиристора 1, открывая его. Потенциал анода второго тиристора 1 также падает, создавая возможность разряда конденсатора 7 через третий тиристор 1 и т.д. Таким образом, тиристоры 1 открываются последовательно друг за другом до 25-го тиристора, после чего разряжается второй конденсатор 7 и процесс повторяется. В результате высоковольтный ключ замыкается.

Т.е. для включения ключа достаточно открыть первый тиристор. Энергия для открывания тиристоров используется не из внешней цепи, а протекающая через уравнивающие делители напряжений. Т.о. отпадает необходимость в высокопотенциальных импульсных трансформаторах, а также в мощном формирователе запускающих импульсов, т.е. в мощном генераторе импульсов.

Таким образом, простота предлагаемого устройства, малые габариты и стоимость, а также экономичность очевидны.

Предлагаемое устройство изготовлено, насчитывает > 50 тиристоров и работает на общее напряжение 50 кВ с рабочим током до 80 А в импульсе.

Используемая литература

1. А.с., N 1499470, кл. H 03 K 17/56.