устройство для управления двумя встречно-параллельно соединенными тиристорами

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВУМЯ ВСТРЕЧНО-ПАРАЛЛЕЛЬНО СОЕДИНЕННЫМИ ТИРИСТОРАМИ , включенными последовательно в цепь нагpузки, содеpжащее упpавляющий ключевой элемент, пеpвый вывод котоpого соединен с анодом пеpвого диода, пеpвую цепочку, выполненную в виде последовательно соединенных pезистоpа и конденсатоpа, втоpую цепочку, выполненную в виде последовательно соединенных pезистоpа и конденсатоpа, пеpвый вывод котоpой пpедназначен для подключения к пеpвым силовым выводам тиpистоpов, пеpвый и втоpой pезистоpы и втоpой диод, отличающееся тем, что, с целью pасшиpения функциональных возможностей за счет обеспечения плавного повышения тока нагpузки введены токоогpаничительный элемент и тpетий и четвеpтый диоды, аноды котоpых соединены с пеpвым выводом токоогpаничительного элемента, втоpой вывод котоpого соединен с пеpвыми выводами пеpвого и втоpого pезистоpов, втоpые выводы котоpых соединены с катодами тpетьего и четвеpтого диодов соответственно и пеpвыми выводами пеpвой и втоpой цепочек соответственно, пpичем пеpвый вывод пеpвой цепочки пpедназначен для подключения к втоpым силовым выводам тиpистоpов, для подключения к упpавляющим электpодам котоpых пpедназначены катоды пеpвого и втоpого диодов, аноды котоpых соединены с пеpвым выводом упpавляющего ключевого элемента, втоpой вывод котоpого соединен с втоpыми выводами пеpвой и втоpой цепочек и втоpым выводом токоогpаничительного элемента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для плавного повышения напряжения на нагрузке при подключении ее к сети переменного тока.

Известно cложное устройство, в котором управляемый силовой вентильный элемент при подключении к сети включается в первый и последний полупериоды с задержкой на их половину, что уменьшает выбросы тока при питании нагрузок, содержащих индуктивность.

Кроме этого, известно более простое устройство, выбранное за прототип, с широким диапазоном регулирования напряжения на нагрузке двумя встречно-параллельно соединенными тиристорами, каждый из которых имеет свой блок управления.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения плавного повышения напряжения на нагрузке при простом выполнении устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления двумя встречно-параллельно соединенными тиристорами, включенными последовательно в цепь нагрузки, содержащее управляющий ключевой элемент, первый вывод которого соединен с анодом первого диода, первую цепочку, выполненную в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, вторую цепочку, выполненную в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, первый вывод которой предназначен для подключения к первым силовым выводам тиристоров, первый и второй резисторы и второй диод, введены токоограничительный элемент и третий и четвертый диоды, аноды которых соединены с первым выводом токоограничительного элемента, второй вывод которого соединен с первыми выводами первого и второго резисторов, вторые выводы которых соединены с катодами третьего и четвертого диодов соответственно и первыми выводами первой и второй цепочек соответственно, причем первый вывод первой цепочки предназначен для подключения к вторым силовым выводами тиристоров, для подключения к управляющим электродам которых предназначены катоды первого и второго диодов, аноды которых соединены с первым выводом управляющего ключевого элемента, второй вывод которого соединен с вторыми выводами первой и второй цепочек токоограничительного элемента.

По сравнению c известным устройством в изобретении более простой схемой обеспечивается плавное повышение напряжения на нагрузке от половины до полного напряжения сети со скоростью, определяемой параметрами элементов устройства.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для управления тиристорами 1 и 2, подключенными последовательно с нагрузкой 3 к выводам сети 4 и 5, содержит управляющий ключевой элемент 6 и две последовательные цепочки: первую из конденсатора 7 и резистора 8 и вторую из конденсатора 9 и резистора 10, причем свободные выводы резисторов цепочек объединены. Устройство содержит также резисторы 11 и 12, соответственно соединенные параллельно каждой цепочке, токоограничительный элемент 13, первый вывод которого соединен с общим выводом резисторов 8 и 10 и первым выводом ключевого элемента 6, а также диоды 14-17, аноды которых попарно соединены между собой и соответственно со свободными выводами элементов 6 и 13, катоды диодов 14 и 15 соединены соответственно со свободными выводами цепочек и с силовыми выводами тиристоров 1 и 2, к выводам управляющих электродов которых присоединены соответственно катоды диодов 16 и 17.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы напряжений и токов на элементах схемы при работе на активную нагрузку, где 18 - диаграмма состояния элемента 6, диаграмма 19 - напряжение питающей сети, диаграмма 20 - напряжение на нагрузке 3, диаграммы 21 и 22 - напряжения на конденсаторах 7 и 9 соответственно, диаграмма 23 - ток в ограничительном элементе 13 и диаграмма 24 - ток в управляющем ключевом элементе 6.

Устройство работает следующим образом.

До отпирания управляющего ключа 6 управляющие электроды тиристоров обесточены, а напряжение сети 19 прикладывается к последовательно соединенным цепочкам из конденсатора 7, резистора 8 и конденсатора 9, резистора 10. Для получения симметричного напряжения на нагрузке и нормального функционирования схемы необходимо выдерживать соотношение R₈= R₁₀, Х₇= Х₉, R₁₁= R₁₂, при этом на каждом конденсаторе напряжение меняется синусоидально от небольшой величины одного знака до амплитуды напряжения сети другого знака (диаграммы 21 и 22), причем после перехода напряжения через нуль кратковременно открывается один из диодов 14 или 15 и появляется ток в элементе 13 (диаграмма 23).

При переводе элемента 6 (контакт реле, оптотиристор и т. д. ) в момент времени t₁ в проводящее состояние ближайший переход напряжения на одном из конденсаторов через нуль вызовет импульс тока в элементе 6 (24, момент времени t₂). Так как в этот момент времени напряжение сети (19) и конденсатора 7 (21) примерно равны амплитуде и положительны, напряжение на конденсаторе 9 (22) близко к нулю, а импульс тока в элементе 6 (24) попадает через открывшийся диод 17 на управляющий переход тиристора 2, то последний откроется, подключая нагрузку 3 к сети, напряжение которой в этот момент времени t₂ близко к амплитудному значению. Через открытый тиристор 2 конденсатор 7, разряжаясь, заряжает конденсатор 9 и, пока тиристор 2 открыт, оба конденсатора разряжаются соответственно на резисторы 11 и 12 (21, 22).

В момент времени t₃ тиристор 2 закрывается, после чего на последовательно соединенные конденсаторы, заряженные до одинаковых напряжений противоположного знака, начинает подаваться отрицательный полупериод напряжения сети. При этом конденсатор 7 разряжается, а конденсатор 9 заряжается, и когда напряжение на первом из них станет равным нулю (момент времени t₄), через элемент 6 и открывшийся диод 16 управляющий импульс тока (24) попадает на тиристор 1. Так как в момент времени t₄ напряжения на конденсаторах 7 и 9 были меньше, чем в момент времени t₂, то тиристор 1 откроется раньше, чем до него тиристор 2, т. е. напряжение на нагрузке возрастет. Далее процесс повторится до тех пор, пока тиристоры не станут открываться в самом начале полупериода.

Все время, пока элемент 6 открыт, снижение напряжения на каждом конденсаторе до нуля может открывать либо один из диодов 16 или 17 в цепи управляющих электродов тиристоров, либо один из диодов 14 или 15 в цепи элемента 13. Для того, чтобы этого не произошло, элемент 13 выполняется или в виде резистора с соответствующим сопротивлением, или в виде стабилитрона с пороговым напряжением в несколько вольт.

Резисторы 8 и 10 введены в схему для ограничения тока перезаряда конденсаторов 7 и 9 и сопротивление их может быть весьма малым.

Подключенные к сети на холостом ходу через нагрузку последовательно соединенные конденсаторы 7 и 9 способствуют улучшению коэффициента мощности сети, потери при этом в резисторах 8, 10, 11 и 12 и элементе 13 незначительны.

Устройство может использоваться для подключения нагрузок к сети переменного тока через трансформатор, а также для уменьшения пусковых бросков тока в электромагнитных устройствах, электроприводах, для включения светотехнических установок и т. д. (56) Авторское свидетельство СССР N 1169110, кл. Н 02 М 5/22, 1985.

Авторское свидетельство СССР N 248003, кл. Н 02 Н 1/08, 1986.