Высоковольтное коммутирующее устройство

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для коммутации высоковольтных цепей. Техническим результатом является повышение быстродействия и надежности устройства путем обеспечения одновременного срабатывания коммутирующих элементов и снижения уровня коммутационных перенапряжений. Высоковольтное коммутирующее устройство содержит n последовательно соединенных управляемых ключей, первый конденсатор, включенный параллельно одному из ключей, и n-1 последовательных RC-цепочек. Управляющий вход первого управляемого ключа соединен с выходом источника внешнего управляющего сигнала, первые выводы резисторов RC-цепочек соединены с катодами последующих управляемых ключей, начиная со второго, управляющие входы которых соединены со вторыми выводами резисторов и первыми выводами конденсаторов RC-цепочек. Первый конденсатор включен параллельно первому управляемому ключу, а вторые выводы конденсаторов RC-цепочек соединены с анодами последующих управляемых ключей, начиная со второго. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для коммутации высоковольтных цепей.

Известны импульсные тиратронные генераторы с последовательно соединенными тиратронами [1]. В этих генераторах тиратроны используются в качестве коммутирующих элементов. Последовательное включение тиратронов применяется с целью увеличения допустимой амплитуды коммутируемого напряжения на нагрузке. Однако эти устройства имеют сложную схему управления коммутирующими элементами.

Известен импульсный тиратронный генератор [2], содержащий источник питания, подключенный через формирующее устройство и высоковольтное коммутирующее устройство (тиратронный ключ) к нагрузке. Данное высоковольтное коммутирующее устройство является наиболее близким к предлагаемому и содержит несколько последовательно включенных тиратронов. К сетке первого тиратрона подключено устройство поджигающих импульсов. Между катодом и сеткой каждого тиратрона включен резистор. Между сеткой второго и катодом первого, а также между сеткой третьего и катодом второго тиратронов включены конденсаторы. Кроме того, устройство содержит конденсатор, включенный параллельно последнему тиратрону.

Недостатком известного устройства является то, что включение ("зажигание") коммутирующих элементов (тиратронов) происходит не одновременно, а последовательно друг за другом, т.к. сигнал управления каждого последующего тиратрона формируется при включении предыдущего. Это приводит к увеличению времени включения всего коммутатора при увеличении числа соединенных последовательно тиратронов, что может быть неприемлемо, например, в устройствах быстродействующей защиты. Кроме этого, неодновременное включение коммутирующих элементов приводит к возникновению коммутационных перенапряжений в устройстве и, как следствие, ведет к снижению его надежности.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения быстродействия и надежности высоковольтного коммутирующего устройства. Техническим результатом является обеспечение одновременного "зажигания" коммутирующих элементов, соединенных последовательно с первым, и снижение уровня коммутационных перенапряжений в устройстве.

Для достижения этого результата в высоковольтном коммутирующем устройстве, содержащем n последовательно соединенных управляемых ключей, первый конденсатор, включенный параллельно одному из ключей, n-1 последовательных RC-цепочек, причем управляющий вход первого управляемого ключа соединен с выходом источника внешних управляющих сигналов, первые выводы резисторов RC-цепочек соединены с катодами последующих управляемых ключей, начиная со второго, управляющие входы которых соединены со вторыми выводами резисторов и первыми выводами конденсаторов RC-цепочек, первый конденсатор включен параллельно первому управляемому ключу, а вторые выводы конденсаторов RC-цепочек соединены с анодами последующих управляемых ключей, начиная со второго.

Таким образом, признаками, отличающими предлагаемое высоковольтное коммутирующее устройство от прототипа, являются включение первого конденсатора между анодом и катодом первого управляемого ключа, а также подключение RC-цепочек между катодами и анодами последующих управляемых ключей, начиная со второго. Использование такого подключения перечисленных элементов обуславливает одновременный запуск управляемых ключей, начиная со второго, в результате чего уменьшается время включения всего коммутирующего устройства, снижается уровень коммутационных перенапряжений и повышается его надежность.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема устройства защиты нагрузки при внутренних пробоях, использующего высоковольтное коммутирующее устройство.

Устройство защиты нагрузки 1, подключенной к источнику питания 2, содержит токоограничивающий элемент 3, например низкоомный резистор, резисторы 4, 5, 6 и высоковольтный коммутатор 7 на основе трех последовательно соединенных ключей 8, 9, 10, в качестве которых используются управляемые вакуумные разрядники. Между катодом и анодом первого управляемого ключа 8 включен первый конденсатор 11. К управляющему электроду ключа 8 подключено устройство поджигающих импульсов (на чертеже не показано). Между катодами и анодами последующих управляемых ключей 9, 10 включены последовательные RC-цепочки, состоящие из конденсаторов 12, 13 и резисторов 14, 15. Количество разрядников может быть не ограничено.

Устройство работает следующим образом.

При нормальном режиме работы нагрузки 1 внешний управляющий сигнал на управляющий электрод разрядника 8 не подается, а напряжения между катодами и управляющими электродами разрядников 9 и 10 равны нулю. Разрядники находятся в непроводящем состоянии. Резисторы 4, 5, 6 и конденсаторы 11, 12, 13 образуют активно-емкостный делитель, обеспечивающий надлежащее распределение напряжения на разрядниках в статическом и динамическом режимах работы источника питания.

При аварийном режиме работы нагрузки 1 на управляющий электрод разрядника 8 подается внешний управляющий импульс от устройства поджигающих импульсов. Разрядник 8 переходит в проводящее состояние, при этом приложенное к последовательной цепочке разрядников 8, 9, 10 напряжение перераспределяется на разрядники 9 и 10. По цепи: резисторы 14, 15 и конденсаторы 12, 13 течет ток заряда конденсаторов. На резисторах 14 и 15 возникает высоковольтный импульс напряжения, приложенный к управляющим промежуткам разрядников 9 и 10 соответственно. Разрядники 9 и 10 также переходят в проводящее состояние, и происходит шунтирование нагрузки 1.

При этом для надежного включения разрядников необходимо, чтобы время установления переходного процесса в цепи запуска (резисторы 14, 15 - конденсаторы 12, 13) было больше, чем ожидаемое время включения разрядников 9 и 10. С другой стороны, для предотвращения ложного срабатывания устройства постоянная времени всей последовательной цепочки (резисторы 14, 15 - конденсаторы 11, 12, 13) должна быть меньше, чем минимальное время развития переходного процесса на выходе источника питания при его включении.

Токоограничивающий элемент 3 необходим для увеличения начального напряжения на разрядниках и нормализации его величины при коротком замыкании на нагрузке, в то же время величина этого элемента не должна быть слишком большой, чтобы не нарушать нормальный режим работы источника питания.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет уменьшить время задержки включения последовательно соединенных коммутирующих элементов, а следовательно, и всего коммутатора, снизить уровень коммутационных перенапряжений на его элементах, т.е. повысить быстродействие и надежность всего устройства.

Источники информации 1. Фогельсон Т. Б. и др. Импульсные водородные тиратроны. - Изд. "Советское радио", 1974 г., с.198.

2. Авторское свидетельство СССР 855958, МПК Н 03 К 3/53, приоритет 13.07.79 (прототип).

Формула изобретения

Высоковольтное коммутирующее устройство, содержащее n последовательно соединенных управляемых ключей, первый конденсатор, включенный параллельно одному из ключей, (n-1) последовательных RC-цепочек, причем управляющий вход первого управляемого ключа соединен с выходом источника внешних управляющих сигналов, первые выводы резисторов RC-цепочек соединены с катодами последующих управляемых ключей, начиная со второго, управляющие входы которых соединены со вторыми выводами резисторов и первыми выводами конденсаторов RC-цепочек, отличающееся тем, что первый конденсатор включен параллельно первому управляемому ключу, а вторые выводы конденсаторов RC-цепочек соединены с анодами последующих управляемых ключей, начиная со второго.

РИСУНКИ

Рисунок 1