Устройство для включения силового управляемого вентиля

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве формирователя одиночных или низкочастотных импульсов в сети переменного тока. Цель изобретения состоит в расширении функциональных возможностей путем формирования в сети однополярных и разнополярных импульсов тока длительностью менее полупериода колебаний напряжения сети с наперед заданной фазой и в повышении надежности. Устройство содержит делители напряжения 5 и 6 и фазосмещающий блок 7. Управляющий электрод силового управляемого вентиля 4 подключен к выходу делителя напряжения 5 через последовательно соединенные фототиристоры тиристорных оптронов 9,10,11 и диод 12. Конденсатор 14 заряжен от напряжения сети через делитель напряжения 5. При подаче на транзисторный ключ 16 импульса управления открываются светодиоды оптронов 10,11 и вентиль 4 включается в положительный полупериод с фазой, определяемой блоком 7. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

РЕСПУБЛИК

„„SU» 1501225 (51) 4 Н 02 M 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ У СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (2 1) 3964558/24-07; 3963757/24-07,"

3963164/24-07 (22) 14. 10.85 (46) 15.08.89. Бюл. У 30 (71) Харьковский институт инженеров коммунального строительства (72) К.К.Намитоков, С.В.Дикань и В.В.Колосов (53) 621.3 16.722 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 575742, кл. Н 02 М 1/08, 1975.

Авторское свидетельство СССР

У 955409, кл. Н 02 M 1/08, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Р 1070665. кл. H 02 M 1/08, 1982, (54) УСТРОЙСТВО Д)И ВКЛЮЧЕНИЯ СИЛОВОГО УПРАВЛЯЕМОГО ВЕНТИЛЯ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве формирователя одиночных или низкочастотных

2 импульсов в сети переменного тока.

Цел.. изобретения состоит в расширении функциональных воэможностей путем формирования в сети однополярных и газнополярных импульсов тока длительностью менее полупериода колебаний напряжения сети с наперед заданной фазой и в повышении надежности. Устройство содержит делители напряжения 5 и 6 и фазосмещающий блок 7. Управляющий электрод силового управляемого вентиля 4 подключен к выходу делителя напряжения 5 через последовательно соединенные фототиристоры тиристорных оптронов 9, 10, 11 и диод 12. Конденсатор 14 заряжен от напряжения сети через делитель напряжения 5. При подаче .на транзисторный ключ 16 импульса управления открываются светодиоды оптронов 10

11 и вентиль 4 включается в положительный полупериод с фазой, определяемой блоком 7. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1501225

Изо:.1 е генис,зтносится к электротехник», в частности к полупроводниковой преобразовательной технике, и может быть использовано в качестве фор5 мирователя одиночных импульсов сину". зидального тока длительностью не более полупериода колебаний напряжения сети переменного тока, используемого, например, в системах телемеханической пе- 1ð редачи информации о состоянии сетей наружного освещения по сетям питания осветительных электроустановок.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей и повыше- 15 ние надежности, расширение области применения путем обеспечения воэможности включения симистора.

На фиг ° 1 приведена электрическая схема устройства для включения силового управляемого вентиля-тиристора; на фиг.2 — временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу устройства на фиг.1; на фиг.3 электрическая схема устройства для 25 включения силового управляемого вентиля — симистора, управляемого однополярными импульсами; на фиг.4 — временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу устройства; на 30 фиг.5 — электрическая схема устройства для включения силового управляемого вентиля — симистора, управляемого разнополярными импульсами; на фиг.6— временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу устройства на фиг.5; на фиг.7 и 8-варианты выполнения схем фазосмещающего блока.

Устройство для включения силового управляемого вентиля (фиг. 1) имеет 40 силовые клеммы 1.и 2, предназначенные для подключения к сети переменного тока. К клеммам 1 и 2 подключены последовательно соединенные резистор

3 и силовой управляемый вентиль 4, в 45 качестве которого здесь используется тиристор, а ràêæå подключены параллельно соедиченные резисторные делители напряжения 5 и 6 и фазосмещающий блок 7. Управляющий электрод силового управляемого вентиля 4 под50 ключен к выходу делителя напряжения

5 через последовательно соединенные резистор 8, фототиристоры тиристорных оптронов 9, 10, 11 и диод 12.

Клемма 2 соединена через резистор

13 с точкой соединения фототиристоров оптронов 10 и 11, а также соединена через конденсатор 14 с точкой соединения фототиристора аптрона 11 и диода 12. Цепи управления устройства на фиг.1 связаны с выходом делителя напряжения 5 через диод 15 и с выходом делителя напряжения 6, а управление данным. устройством осуществляется с помощью транзисторного ключа 16. Особенностью устройства на фиг.1 является то, что транзисторный ключ 16 установлен в диагонали выпрямительного моста, образованного диодами 17 и 18 и светодиодами оптронов 10, 11. Точка соединения свето-диодов оптронов 10, 11 подключена к выходу делителя напряжения 6, точка соединения диодов 17, 18 подключена к клемме 2, а коллектор транзисторного ключа 16 соединен с катодом диода 15 ° К выходу фазосмещающего блока 7 подключены встречно-параллельно включенные диод 19 и светодиод оптрона 9.

Отличительной особенностью устрой ства для включения силового управляемого вентиля (фиг.3), в сравнении с устройством на фиг ° 1, является то, что в качестве силового управляемого вентиля 4 используется симистор, управляемый однополярными импульсами. В связи с этим в устройстве на фиг.3 цепь, образованная из последовательно соединенных фототиристоров оптронов 9 и !О, шунтируется цепью, образованной из пос.;едовательно соединенных фототиристоров тиристорных оптронов 20и 21, фототи ристор оптрона 11 шунтируется фототиристором тиристорного оптрона 22.

К выходу фазосмещающего блока 7 подключены встречно-параллельно соединенные светодиоды оптронов 9 и 20, введен дополнительный транзисторный ключ 23, а к выходу делителя напряжения 5 анодом подключен диод 24, катодом соединенный с коллектором транзисторного ключа 23. Отличие устройства состоит еще и в том, что транзисторный ключ 16 установлен в диагонали моста, образованного двумя цепями, одна иэ которых состоит иэ последовательно соединенных диода 25 и светодиода оптрона 11, а другая состоит из последовательно соединен-ных диода 26 и светодиода оптрона

10, причем точка соединения диода

25 и светодиода оптрона 11 подключе на к клемме 2, а к точке соединение диода 26 и светодиода оптрона 10 II

01225

5 15 ключен выход делителя напряжения 6.

Параллельно цели, образованной светодиодами оптроиов 1О и 11, подключена аналогичная цепь, образованная из светодиодов оптронов 21 и 22, а точки подключений светодиодов оптронов

21 и 22 и диодов 25 и 26 соединены через транзисторный ключ 23.

В устройстве для включения силового управляемого вентиля (фиг.5) в качестве вентиля 4 используется симистор, управляемый разнополярными импульсами. Здесь, в отличие от схемы устройства на фиг.1, дополнительнс введень. тиристорные о«троны 27, 28, ?9, диод ЗО, резистор 31 и коидснсатор 32, причем Toчка соединения роз«с.тора 8 и фогстиристора цитрона

9 иодк.начена к выходу делителя напряжения 5 через последовательно и встречно диоду 1? включенные фототиристоры Опчронов 27, 28, 2о и диод

ЗО, а точка соединения фототири.-.торов оптронов 28 и 29 и точка соединения фототиристора оптрона 29 и диода 30 годключены, соответственно, ерез резистор 31 и кон .нсатор 32 к клемме 2. Пепи управ и ния устройством на фиг.5 вь:поднены ачалогично, как и в устройстис на фиг.3, отличие

; Остоит B Toè, ч "o вместо сьетсдиодов Оптронов 20, 21, 22, используемых в у тройстве на фиг.З, в устpoz< тве на фиг.5 используются светодисды оигроиов 27, 28, 29, кроме того в устройстве на фиг.5 транзисторный ключ 23 соединен эмиттером с выходом делителя напряжения 5 через,циод 33, соединенный с диодом

15 встречно.

Фазосмещающий блок 7 на фиг.7, исполг зуемый в устройствах на фиг.1, 3, 5,состоит из последовательно в,;люченных Г-образных четырехполюсников, каждый из которых реализован на базе резистора 34 и конденсатора

35. На выходе рассматриваемого фаэосмещающего блока 7 установлена RCцепь, аналогичная используемой в четырехполюсниках.

Фаэосмещающий блок 7 на фиг.8 выполнен аналогично. Отличие состоит только в выполнении выходной цепи.

Здесь на выходе блока вместо К(-цепи установлен резистор 36.

На временных диаграммах (фиг.2, 4, 6) приведены: напряжение сети

l1 ; вьгходной ток фазосмещающего бло10

?5 0

55 ка 7 l « напряжение управления силовым вентилем И, . Задержка во времени тока г< относительно напряжения сети

П z ранна частному От деления угла сдвига фаз между током и напряженгим г иа круговую частоту сети M . 3aштрихованпый импульс управления на фиг ° 4, 6 соответствует включению вентиля 4 в отрицательный полупериод напряжения сети.

Работу устройства на фиг.1, 3, 5 характеризуют два режима: установившийся (предкоммутационный) режим и режим формирования в сети импульса тэка.

В усз анониншемся режиме имгьульс управления иа транзисторные ключи

16 (ф«г., 3, 5) и 23 (фиг.Ç, 5) не иодаетея и транзисторы данных ключей находятся в выключенном состоянии, Влагодаря этому конденсаторы 14

oòð«öàòåëüíîé полярности (полярности напряжений зарядов конденсаторов

14 и 32 обозначены иа фиг.1, 3, 5).

В данном режиме сигнал управления на вентили 4 не поступает и токи в цепях резисторов 3 отсутствуют. Через светодиоды оптронов 9, диод 19 в устройстве на фиг.1, светодиод

Оптрона 20 в устройстве на фиг.3 и светодиод оптрона ?7 в устройстве на фиг.5 протекают выходные токи

i <р фазосдвигающих блоков 7 (фиг.2, 4, 6), сдвинутые по фазе относительно напряжения сети Ус на угол причем через светодиоды оптронов 9 протекают полуволны синусоидального тока положительной полярности, а через диоды 19, светодиоды оптронов

20, 27 протекают полуволны синусоидального тока отрицательной полярности

В режиме формирования импульса тока в цепи резистора 3 устройства на фиг ° 1 (устройство на фиг.1 формирует только импульсы тока положитель1501225 ной цоцнрцо "ти) 11 импульса тока ложител11гой полярности н цепях резисторов 3 устройств на фиг.3 и 5 на транзисторный ключ 16 подается имJ пульс управления длительностью более периода колебаний напряжения сети, например, в момент t< (фиг.2, 4, 6)„ когда напряжение сети имеет положительную полярность. При этом под действием выходного тока делителя напряжения 6, протекающего через включенный транзистор ключа 16, светодиоды оптронов 10, 11, диоды 17, 18 (в устройстве на фиг.1) и 25, 26 (в устройствах на фиг.3, 5) протекает ток, причем через светодиоды оптронов 10, диоды 17 (в устройстве на фиг.1) и 25 (в устройствах на фиг.3

5) протекают полуволны синусоидаль- 2п ного тока положительной полярности, а через светодиоды оптронов 11, диоды 18 (в устройстве на фиг.1) и 26 (в устройствах на фиг.3, 5) протекают полуволны синусоидального тока 25 отрицательной полярности.

Выходные синусоидальные токи делителей напряжения 6 синфазны с напряжением сети. После включения транэис" торного ключа 16 (и в течение всего 30 интервала включенного состояния ключа 16) заряд конденсаторов 14 н устройствах на фиг. 1, 3, 5 прекращается, поскольку н течение положительных полупериодов напряжения сети выходы делителей напряжений 5 оказываются эакороченными (соединенными с клеммой 2) через диоды 15, транзисторные ключи 16, диод 17 в устройстве на фиг. 1 и диоды 25 в устройствах на 4 фиг.3, 5.

При протекании полуволн выходных токов делителя напряжения 6 отрицательной полярности через резисторы

16 и светодиоды оптронов 11 (интер- 45 вал времени tJ < t с.t> на фиг.2 и интервал времени t< с t < с, на фиг.4 и 6) в момент эремени t < включаются фототиристоры оптронов 11 и конденсаторы 14 начинают разряжаться через резисторы 13. Токи разряда конденсаторов 14 на резисторы 13 превышают по величине ток удержания фототиристоров оптронов 11, в связи с чем pasряд кондснс.атаров будет происходить

55 и при протекании полуволны выходного тока делителя напряжения 6 по, ложительно11 полярности на интервалах времени т, t I „на фи1. 2 и t 4 (t. ча фиг.4 и 6. Разряд конде11<эзтора

14 через резисторы 8 и управляющие электроды силовых вентилей 4 произойдет н момент t4 на фиг.2 и в моменты t --. .на фиг.4 и 6, когда через светодибды оптронов 9 и 1О будут одновременно протекать выходные токи соответственно фазосмещающих блоков

7 и делителей напряжения 6 ° Оптроны

9 и 10 в схемах устройств на фиг.1, 3, 5 реализуют логическую функцию

"H". После одновременного включения фототиристоров оптронов 9, 10 конденсаторы 14 дозаряжаются через управляющие электроды силовых вентилей

4, в результате чего силовые вечтили

4 включаются и на интервалах 4 < 1

4t< (фиг.2) и t < t (t< (фиг.4, 6), когда полярности сигналов положительные и совпадают по времени, через резисторы 3 протекают импульсы синусоидального тока положительной полярности с длительностью менее полупериода колебаний напряжения сети.

Учитывая, что входное сопротивление цепи управления силового вентиля 4 значительно меньше сопротивле11ия ре зистора 13, разряд конденсатора 14 через управляющий переход силового вентиля 4 происходит практически мгновенно и заканчивается к моментам смены полярности напряжения сети (к моменту t на фиг.2 и к моментам на фиг.4 и 6). Благодаря этому, а также благодаря прекращению заряда конденсатора 14 в течение времени включенного состояния транзисторного ключа 16, устройства на фиг.1, 3, 5 формируют в цепях резисторов 3 одиночные импульсы тока.

Длительности импульсов тока в цепях резисторов 3 определяются величиной угла сдвига фаэ (отстанания

llO фаЭЕ тОКа 1 ч, От НаПРЯжЕНИЯ СЕти

Пс ) 11, т.е. параметрами фазосмещающего блока 7 (постоянной времени RC-цепи четырехполюсника, числом Г-образных четырехполюсников, сопротивлением резистора 36). Регулированием угла f н диапазоне 0 < 1 с

< $Ii, т.е. регулированием параметрон фазосмещающего блока 7, можно регулировать и длительности импуль= сов тока в цепях резисторов 3.

В режиме формирования импульса тока отрицательной полярности н цепи резистора 3 устройствс1 на фиг,3 работает аналогично о111санному 111,пи< .

1501225

Отличие состоит лишь в том, что запуск устройства теперь осуществляется с помощью транзисторного ключа

23, функции фстотиристоров оптронов

9, 10, 11 выполняют соответственно фототиристоры оптронов 20, 21, 22, а функцию диода 15 выполняет диод

24. Здесь, после подачи импульса управления длительностью более пери- 10 ода колебаний напряжения сети, на транзисторный ключ 23 (например, в момент t< на фиг.4, когда полярность напряжения сети положительная) в момент времени t< включается (под 15 действием выходного тока делителя напряжении 6 положительной полярности, протекающего ;ерез светодиод оптрспа 22) фототиристор оптронов

22, а в момент времени з сдновре- 20 менно включаютгя (под действием двух токов отрицательной полярности, и 1 вый из которых является выходным тском делителя напряжения 6 и протекает через светодиод оптрона 21, тран- 25 эисторный ключ 23, диод 26, а второй, являющийся выходным током фазосмещающего блока 7, протекает через светодиод оптрсна 20) фстотиристоры оптронов 20, 21. 30

При этом в цепи управления симистсра 4, требующего управления однопслярными импульсами, протекает импульс тока управления (см.заштрихованный сигнал на фиг.4) и, как следствие, на интервале врсмени t> < t( (на интервале совпадения отрицательных полярностей сигналов Бс, iQ в цепи резистора 3 протекает импульс синуссидального тока отрицательной 4п полярности. Шунтирование выхода делителя напряжения 5 в положительные полунериоды колебаний напряжения сети осуществляется цепью, образованной иэ последовательно включенных диодов 24, 25 и транэисторного клю«а 23.

Запуск устройства для включения силового симистора 4, управляемого раэнополярными импульсами (фиг.5), при формировании в цепи резистора

3 импульса тока отрицательной полярности также осуществляется с помощью транзисторного ключа 23. Отл чие в работе устройства на фиг.5 от ранее рассмотренной работы устройства на фиг.5 в режиме формирования в цепи резистора 3 импульса тока положительной полярности состоит в том, что на управляющий электрод силового симистора подается импульс управления отрицательной полярности (эашрихованный импульс L на диаграмме фиг.6)> формируемый с помощью конденсатора 32 в момент совпадения отрицательных полярностей сигналов

i Заряд конденсатора 32 осуществлялся полуволнами отрицательного напряжения, действующего на выходе делителя напряжения 5, выпрямленного диодом 30. Для исключеняя заряда конденсатора 32 в течение времени включенного состояния транзисторного ключа 23 выход делителя напряжения

5 шунтируется в отрицательные полупериоды напряжения сети цепью, образованной из последовательно соединенкых светодиода оптрона 28, транзисторного ключа 23 и диода 33. Разряд конденсатора 32 через тиристор

8 и управляющий электрод силового симистора 4 осуществляется после включения фототиристора оптрона 29, происходящего после протекания импульса выходного тока делителя напряжения 6 положительной полярности в цепи с последовательно включенными светодиодом оптрона 29, транзисторным ключом 23 и диодом 25, и после одновременного включения фототиристоров оптронов 27, 28. Включение фототиристора оптрона 27 гроисходит после протекания полуволны тока отрицательной полярности через светодиод оптрона 27, а включение фототиристора оптрона 28 происходит после протекания импульса выходного тока отрицательной полярности делителя напряжения 6 через последовательно включенные светодиод оптрона 28, транзисторный ключ 23, диод 26. Фототиристоры оптронов 27 и 28 выполняют в схеме устройства на фиг.5 логическую функцию "И", аналогично как и фототиристоры оптронов 9, 10.

Таким образом, предлагаемые устройства обеспечивают формирование в сети одиночных импульсов тока дли. тельностью менее полупериода колебаний напряжения сети с наперед заданной фазой (определяемой величиной угла p) и, благодаря отсутствию в схемах устройств контактных коммутационных элементов, имеют практически неограниченную циклостойкость. С помощью данных схем возможно создание устройств для включения как тирис1501225 тора, так и симисторон с разл»»ч»»»,)м»» модификациями по управлению, В делам это приводит к расширению функциональных возможностей и nol»IIIII(HI»I() надежности устроиств. ч)ар мул а и-обретен»(я

1. Устройство дпя включения силового управляемого вентиля, содержащее первый тиристорный оптрон, катод фототиристора которого предназначен для подключения к управляющему электроду вентиля, а анод связан с одной обкладкой конденсатора, вторая обкладка конденсатора преднаэначена дпя подключения к катоду управляемого вентиля, первый и второй диоды, первый резистор, коммутатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

Раclllk»PеHHЯ фУHKI»k»ОHаnb Iblx BoзMQ)KI»oc 2б тей и повышения надежности, оно снабжено вторым и третьим тиристорными оптронами, первым и вторым резисторными делителями напряжения, третьим, четвертым и пятым диодами, фазосмещающим блоком, причем входы резисторных делителей напряжения и фазосмещающего блока предназначены для подключения к сети переменного тока, фототиристоры второго и третьего оптронов включены последовательно между первой обкладкой конденсатора и анодом фототиристора первого оптрона, первый резистор подключен между катодом фототиристора третьего оптро35 на и второй обкладкой конденсатора, первый и второй диоды, а также светодиоды первого и третьего оптронов образуют первый выпрямительный мост, диагональ переменного тока которого 4О включена между второй обкладкой конденсатора и выходом второго делителя напряжения, а в диагональ постоянного тока включен коммутатор, выполненный в виде транзисторного ключа с 4 управляющим входом, предназначенным для подключения к источнику сигнала включения, коллектор транзисторного ключа подклн)чен через третий диод к выходу первого делителя напряже50 ния, к которому через четвертый диод подключена первая обкладка конденсатора, выход фазосмещающего блока соединен через включенные встречно-параллельно светодиод второго оптрона

55 и пятый диоп с второй обкладкой конденсатора.

2. Устр, йстна по п.1, о т л и ч а ю щ е с i. s» тем, что, с целью расширспия Област(» пр»»мене»»ил и.— тем Обеспечения возможности включения с(»»(истора управляемого однопо1 пярными импульсами, оно снабжено четвер гым, пятым и шестым оптрона;»и, шестым диодом, вторым транзисгорным ключом, причем фототиристоры четвертого и пятого антропов соедипены последовательно и подключены параллельно к фототиристорам первого и I)popo» ()nxpo»»oi», фататиристар

III(»c T()I оптрона включеH параллельна фототиристс)ру третьего оптрона, светодиоды четвертого и шестого оптронон, а также первый и второй диоды Обр(»ау»)т второй выпрямительный мост, диагона:II иереямHHol o k() торого I»KJII()HpHd царап:I(IbHo диагoH..— ли перс.менного тока пс рвого моста, Б диагokldJIH постоянна» 0 тока Включс li второй транзисторный клк)ч (коллектором, подключенным через пятый дио»( к выходу первого де)п»те Ik» kldnpkl)l((I»klk» а в качестве пятого диода использован светодиод пят(го Оптрона.

3. Устройство по п,1, О т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цел».ю расширения;)б:»асти»»р)»»»ен ния путе» обеспечс.ния возмож» ()c»и включения

ОИМИСтОРа, УПРаВПЯЕМО.О РаЗНОПОЛНРными импульсами, Он(снабжена четвертым, пятым и шестым оптронами, шестым и седьмым диодами, вторым конденсатором, вторым резисторам и вт )рым транзисторным ключом, причем фототиристоры второго, пятого и шестого оптронов и шестой диод соединены последовательно и )»Одключены между катодом фототиристара первого оптрона и анодом четверзогo диода, второй конденсатор подк;»ючен между анодом шестого диода и второй обкладкой первого конденсатора, второй резистор подключен между анодом фототиристора шестого оптрана и второй обкладкой конденсатора, светодиоды четвертого и шестого Оптронов, а также первый и второй диады образуют второй выпрямительный мост, диагональ переменного гока которого включена, параллельно диагонали переменного тока первого моста, в диагональ постоянного тока включен второй транзисторный ключ с эмиттером, подключенным через седьмой диод к выходу первого делителя )»;»»»ряжения, а в качестве пятого диода использован светодиод пятого Оптр(на.

Ус

Ь ри2. 2

1501225

Ue сф о

Оу

Составитель В.Бунаков

Техред M.Õoäàíè÷ Корректор Т.Пални

Редактор М.Товтин

Закаэ 4886/53 Тирах 646 Подпнсно

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

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

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ухгород, ул. Гагарина, 101