Тиристорный ключ

 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для бесконтактной коммутации с защитой от короткого замыкания и.перегрузок C,R,C,- R,L,C- депей, например в источниках питания злектротехнологических установок, в источниках ре;актнвной мощност -, в фильтрокомпенсиру ощих устройствах для сетей с мощными полупроводниковыми преобразователями. Целью изобретения является улучшение условий работы и повышение надежности работы тиристорного ключа за счет исключения сверхтоков II перенапряжений при коммутациях нагрузки с еьпгост}1ыми элемента1 ш. На входы блока управления 3 поступают сигналы от блока контроля напряжения 5 и блока защиты 4. Блок контроля напряжения 5 вырабатывает .узкие положительные импульсы в моменты равенства напряжения сети и напряжения на нагрузке. Следовательно , включение тиристорного ключа силового блока 1 возможно лишь в данные моменты, что исключает возможность возникновения сверхтоков и перенапряжений при коммутации нагрузки с емкостными элементами. 2 з.п.ф-лы. 6 ил. Р 00 (иг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Sg 4 Н 02 М 1/08 Н 02 Н 7/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3944861/24-07 (22) 19.08.85 (46) 30.12.86. Бюл. И 48 (71) Институт электродинамики АН УССР и Николаевский ордена Трудового Красного Знамени кораблестроительный институт им,адм.С.О.Макарова (72) Е.А.Баронова, А.К.Х<ук, Я.Ф.Анисимов, Б.П,Борисов, Ю.П.ЗУбюк и Н.А.Ломко (53) 621.316,727:621.316.925.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 758461, кл. Н 02 P 13/16, 1979.

Справочник по преобразовательной технике./Под ред. И.M.×èæåíêo, Киев, Техника, 1978, с.198-200, рис.4-25,, 4-26. (54) ТИРИСТОРНЫИ КЛЮЧ (57) Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для бесконтактной коммутации с защитой от короткого замыкания и.перегрузок С,R,Ñ, — R L,Сцепей, например в истбчниках питания.80 Д2Е0679 А1 электротехнологических установок, в источниках реактивной мощности, в фильтрокомпенсирующих устройствах для сетей с мощными полупроводниковыми преобразователями. Целью изобретения является улучшение условий работы и повышение надежности работы тиристорного ключа за счет исключения сверхтоков и перенапряжений при коммутациях нагрузки с емкостными элементами. На входы блока управления 3 поступают сигналы от блока контроля напряжения 5 и блока защиты 4.

Блок контроля напряжения 5 вырабатывает .узкие положительные импульсы в моменты равенства напряжения сети и напряжения на нагрузке. Следовательно, включение тиристорного ключа силового блока 1 возможно лишь в данные моменты, что исключает возможность возникновения сверхтоков и перенапряжений при коммутации нагрузки с емкостными элементами. 2 з.п.ф-лы. б ил.

1280679

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для бесконтактной коммутации с защитой от короткого замыкания и перегрузок С, RC,RLC-цепей, например, в источниках питания электротехнологических установок, в источниках реактивной мощности, в фильтрокомпенсирующих устройствах для сетей с мощными полупроводниковы- 10 ми преобразователями.

Цель изобретения — улучшение условий работы и повышение надежности работы тиристорного ключа за счет исключения сверхтоков и перенапряжений при коммутациях нагрузки с емкостными элементами.

На фиг.1 изображена схема тиристорного ключа; на фиг.2 — схема силового блока; на фиг.3 — схема управ20 ляющего ключа; на фиг.4 — схема блока контроля напряжения; на фиг.5 схема блока управления; на фиг.6— схема блока защиты.

Тиристорный ключ (фиг. 1) состоит из силового блока l,ýëåêòðîííîãî управляющего ключа 2, блока 3 управле-, ния, блока 4 защиты, блока 5 контроля напряжения.

Силовой блок 1 (фиг.2) содержит два тиристора 6 и 7, включенных встречно-параллельно, два диода 8 и

9, трансформатор тока ТТ 10, шунтированный резистором 11, ограничительный резистор 12 и предохранитель 13.

Силовой блок 1 включен последовательно с нагрузкой 14.

Тиристоры управляются широтно-импульсным способом, причем управляю- 40 щие импульсы формируются из анодных напряжений тиристоров 6 и 7, при замыкании управляющего ключа 2 (фиг.3), состоящего из составного транзистора с общим коллектором, состоящего из транзисторов 15 и 16, резисторов

17 — 19, обеспечивающих нормальный режим работы транзисторов 15 и 16 и диодного моста на диодах 20 — 23, Одна диагональ диодного моста включена параллельно переходу.коллектор-эмиттер транзисторов 15 и 16, а вторая, являющаяся выходом управляющего ключа 2, — в силовой блок. Управляющий ключ открыт для протекания переменного тока при подаче положительного напряжения на базу транзистора 15 и заперт, если потенциал базы равен нулю.

Блок 5 контроля напряжения (фиг.4) выполнен на резистивных делителях

24 — 27 напряжения, через которые на компаратор 28 с формирующей цепочкой подаются сигналы, пропорциональные напряжению на нагрузке 14, например на конденсаторе, и напряжению сети, к которой эта нагрузка подключается при помощи тиристорного ключа. Компаратор 28 выполнен на основе операционного усилителя 29, резисторов

30 — 32, а формирующая цепочка — на элементах 33 и 34. Выход компаратора 28 соединен с первым блоком оптронной развязкой 35, выполненной на основе элемента И-HE 36, оптронной пары 37, резисторов 38 — 40,и составного транзистора, состоящего из транзисторов 41 и 42. На выходе первого блока оптронной развязки 35 установлена дифференцирующая цепочка, состоящая из конденсатора 43 и резистора 44. Выход блока 5 контроля напряжения соединен с блоком 3 управления.

Блок 3 управления (фиг. 5) представляет собой логическую схему, выполненную на десяти элементах И-НЕ

45 — 54, -причем на элементах И-НЕ 49 и 50 выполнен управляющий RS-триггер

55, а на элементах И-НЕ 52 и 53— блокировочный КБ-триггер 56. Резисторы 57-62, конденсаторы 63 и 64 обеспечивают нормальный режим работы логических элементов. Резисторы 6568 обеспечивают нормальный режим работы транзисторов 69 и 70.

Кнопка "Вкл." 71 соединена с входами элемента И-НЕ 45, выход которого соединен с первым входом элемента

И-HE 46, второй вход которого соединен с Q-выходом блокировочного RSтриггера 56, а выход — со входами элемента И-НЕ 47, выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ

48, второй вход которого соединен с выходом блока 5 контроля напряжения, а выход через формирующую цепь (конденсатор 63 и резисторы 58 — 60) с R-входом управляющего RS-триггера

55, выходы Q и Я которого соединены соответственно с зеленой ("Вкл."

72) и красной ("Выкл.."73) сигнальными лампами через транзисторы 69 и

70 ° Выход Q управляющего RS-триггера

55 связан также с R-входом блокировочного RS-триггера 56 и через вто128067 3 рой блок оптронной развязки 74 — со входом управляющего ключа 2.

Кнопка "Выкл." 75 соединена с ггервым входом элемента И-НЕ 53, второй вход которого соединен с выходом бло- 5 ка 4 защиты, а выход — со входами элемента И†HF. 54, яыход которого соединен с S-входом управляющего триггера, S-вход блокировочного RS-триггера 56 соединен с кнопкой "Выкл."75 10 и первым входом элемента И-НЕ 53.

Второй блок оптронной развязки 74 выполнен на основе элемента И-НЕ 76, оптронной пары 77, резисторов 78—

80 и составного транзистора на транзисторах 81 и 82.

Блок 4 защиты (фиг.6), соединенный с силовым блоком 1 посредством трансформатора тока )0 с шунтированным резистором 11 (фиг.2), представляет собой последовательно соедигенные неинвертирующий усилитель 83 переменного напряжения, повторитель . 84 напряжения, прецизионный выпрямитель 85, RC — фильтр 86 и компаратор

87 с формирующей цепью, выполненные ! на основе операционных усилителей.

Тиристорный ключ работает следующим образом.

ЗО

При нажатии кнопки "Выкл."75 логическая схема блока 3 управления приходит в исходное состояние, при котором управляющий триггер 55 имеет состояние Я=O Q =1 блокировочУ Э

35 ный триггер при этом имеет состояние Q=O, Q=l. В.исходном состоянии на вход управляющего ключа 2 поступает нулевой сигнал (напряжение равно О) и управляющий ключ 2 заперт. 40

Следовательно, тиристорный ключ выключен и горит красная лампа 73.

На входы блока 3 управления кроме сигналов от кнопок поступают сигналы от блока 5 контроля напряжения и блока 4 защиты. Эти сигналы формируются следующим образом. На входы компаратора 28 блока 5 контроля напряжения поступают сигналы, пропорциональные напряжению на нагрузке (на конденсаторе) и напряжению питающей сети, к которой посредством ти-. ристорного ключа подключается нагрузка. Компаратор 28 с формирующей цепью осуществляет сравнение этих напряжений и фиксацию момента их равенства. Сигнал с компаратора 28 поступает через первый блок оптронной развязки 35 на дифференцирующую цепочку, состоящую из конденсатора 43 и резистора 44. Таким образом, блок

5 контроля напряжения вырабатывает узкие положительные импульсы в моменты равенства напряжения сети и напряжения на нагрузке. Следовательно, включение тиристорного ключа возможно лишь в данные моменты,что исключает воэможность возникновения сверхтоков и перенапряжении при коммутации нагрузки с емкостными элементами.

Блок 4 защиты работает следующим образом. Сигнал, пропорциональный току йагруэки с шунта II, включенного во вторичную обмотку трансформатора тока 10 проходит последовательно через неинвертирующий усилитель

83 переменного напряжения, повторитель 84 напряжения, прецизионный выпрямитель 85, С выхода выпрямителя

85 сигнал через RS-фильтр 86 поступает на первый вход компаратора 87 с формирующей цепочкой, на второй, вход которого подается напряжение

U1I уставки. Если напряжение сигнала 0 = 11„,, то напряжение на выходе комгарйтора равно +5 В, т.е. логической единице. В этом случае возможно включение тиристорного ключа нажатием кнопки "Вкл."71, так как сигнал с выхода блока 4 защиты (в данном случае логическая единица) поступает в блок 3 управления и на второй вход элемента И-НЕ 53. Если в результате короткого замыкания или

I перегрузки U «» U то напряжение на выходе компаратора 87 становится равным нулю (логический нуль). Этот сигнал через элементы И-НЕ 53 и 54 поступает на вход управляющего триггера 55 и последний переходит в ис— ходное состояние, что приводит к выключению тиристорного ключа (если он был включен).

При нажатии кнопки "Вкл."71 и поступления узкого положительного импульса от блока 5 контроля напряжения на второй вход элемента И-HF. 48, триггеры 55 и 56 переходят в противоположное состояние, т.е. триггер

55 находится в состоянии Q = 1, Q=O, а триггер 56 находится в состоянии

Q=l, Q=O. На вход управляющего ключа

2 поступает положительное отпирающее напряжение, что приводит к его открыванию и включению тиристорного ключа. Красная лампа 73 выключается, 1280679 а зеленая лампа 72 загорается. Одновременно на выходе блокировочного триггера 56 Q=O, сигнал поступает на второй вход элемента И-НЕ 46 и блокирует схему управления, т.е. исключа- 5 ет возможность повторного включения без предварительного нажатия кнопки

"Выкл." 75.

Таким образом, повторное включение тиристорного ключа может про- ® изойти только при поступлении импульса от блока 5 контроля напряжения, т.е. при равенстве напряжений на нагрузке и в сети.

Нри поступлении на второй вход элемента И-НЕ 53 сигнала, соответствующего логическому нулю (при срабатывании защиты), управляющий триггер 55 переходит в исходное состояние Q=O, Q=l, а на вход управляющего ключа 2 поступает нулевой сигнал, что обеспечивает выключение тиристорного ключа и соответствующее срабатывание сигнализации.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Тиристорный ключ, содержащий силовой блок, выполненный на двух встречно-параллельно соединенных тиристорах и двух диодах и предназначенный для включения последовательно с нагрузкой, управляющий ключ, выход которого соединен с входом силового блока, выход которого соединен со входом блока защиты, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения условий работы и повышения надежности работы тиристорного ключа за счет исключения сверхтоков и перенапряжений при коммутациях нагрузки с емкостными элементами, в тиристорный ключ введен блок контроля напряжения, включающий в себя датчик напряжения сети, датчик напряжения на нагрузке, компаратор с формирующей цепочкой, первый блок оптронной развязки и дифференцирующую цепочку, а блок управления включает в себя уп- равляющий RS-триггер, блокировочный

RS-триггер, кнопку "Вкл.", кнопку

"Выкл.", формирующую RS-цепочку, шесть элементов И-НЕ и второй блок оптронной развязки, причем выход датчика напряжения сети и выход датчика напряжения на нагрузке подключены к соответстВующим входам компаратора с формирующей цепочкой, выход которого через первый блок оптронной развязки подключен к входу дифференцирующей цепочки, выход которой использован в качестве выхода блока контроля напряжения, кнопка Вкл. соединена со входами первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И вЂ” НЕ, выход которого соединен со входами третьего элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И вЂ” НЕ, второй вход которого использован в качестве первого входа блока управления и соединен с выходом блока контроля напряжения, выход четвертого элемента ИНЕ через формирующую RS-цепочку соединен с R-входом управляющего RSтриггера, выход Q которого соединен с R-входом блокировочного RS †триггера и через второй блок оптронной развязки, выход которого использован в качестве выхода блока управления, соединен с входом управляющего ключа, кнопка Выкл. соединена с S-входом блокировочного RS-триггера, выход Q которого соединен co BTopblM входом второго элемента -HE и с первым входом пятого элемента И-НЕ, второй вход которого использован в качестве второго входа блока управления и соединен с выходом блока защиты, а выход пятого элемента И-НЕ соединен со входами шестого элемента И-НЕ, выход которого соединен с S-входом управляющего КБ-триггера.

2. Тиристорный ключ по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что управляющий ключ включает в себя составной транзистор с общим коллектором, база которого использована в качестве входа управляющего ключа, в переход коллектор-эмиттер которого включена первая диагональ диодного моста, вторая диагональ которого использована в качестве выхода управляющего ключа.

4 наг

Ъ ф

Фиг,2 280679

Фиа. о ие. д

1280679

71

)ф (фЯ в

7$

„Ви

Составитель О.Мещерякова

Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Пилипенко

Редактор А.Ревин

Заказ 7132/57 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 !

Iроизводственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,4