Тиристорный выключатель постоянного тока
Изобретение относится к импульсной технике и может применяться для электронной коммутации цепей постоянного тока, имеющих большую индуктивность, без размыкания контактов. Технический результат заключается в уменьшении габаритов устройства и увеличении надежности его работы. Для этого устройство содержит источник постоянного напряжения, нагрузку, диод, первый тиристор, при этом в разрыв цепи между катодом первого тиристора и минусовым выводом источника постоянного напряжения введены две индуктивно связанные катушки, второй тиристор, два одинаковых конденсатора, два балластных сопротивления и дополнительный источник постоянного напряжения. 2 ил.
Изобретение относится к импульсной технике и может применяться для электронной коммутации цепей постоянного тока, имеющих большую индуктивность, без размыкания контактов.
Известно, что для замыкания цепей постоянного тока широко применяются тиристоры. Известно также, что отключение тиристора невозможно без перехода тока через нулевое значение и поэтому приходится применять различные электромеханические устройства (размыкатели, разъединители и т.д.), что значительно усложняет конструкцию коммутирующей аппаратуры, увеличивает ее габариты и стоимость.
Известен тиристорный выключатель постоянного тока [В.И.Стульников, П.И.Лапченко и др.// Тиристоры в электроустановках/ Киев, изд. Техника, 1967, с.94], выбранный в качестве прототипа, содержащий источник постоянного напряжения, тиристор, нагрузку, диод, конденсатор, балластное сопротивление, первый и второй коммутаторы, включенные таким образом, что плюсовой вывод источника соединен с катодом диода, с первым выводом нагрузки и первым выводом балластного сопротивления, второй вывод балластного сопротивления подключен к первому выводу конденсатора и к первым выводам первого и второго коммутаторов, второй вывод конденсатора подключен к второму выводу нагрузки, аноду диода и к катоду тиристора. Управляющий электрод тиристора подключен к второму выводу первого коммутатора, а катод тиристора подключен к минусовому выводу источника и к второму выводу второго коммутатора.
Недостатком такого устройства является то, что конденсатор, предназначенный для отключения тиристора, при замыкании второго коммутатора заряжен только до величины напряжения источника, и при размыкании сильноточных цепей требуется большая величина емкости конденсатора. Расчеты, проведенные с помощью программы Electronics Workbench, показывают, что при размыкании цепи с током 500 А и напряжением источника 200 В требуется конденсатор с емкостью 18000 мкФ, что значительно увеличивает габариты устройства. Другим недостатком данного устройства является то, что при разряде конденсатора импульс тока проходит через тиристор и одновременно через источник и нагрузку, что может привести к выходу из строя измерительной аппаратуры, следовательно, уменьшается надежность работы устройства.
Задачей изобретения является уменьшение габаритов устройства и увеличение надежности его работы.
Данная задача достигается тем, что в тиристорный выключатель постоянного тока, содержащий источник постоянного напряжения, плюсовой вывод которого соединен с первым выводом нагрузки и с катодом диода, второй вывод нагрузки соединен с анодом диода и анодом первого тиристора, а минусовой вывод источника соединен с катодом первого тиристора, согласно изобретению в разрыв цепи между катодом первого тиристора и минусовым выводом источника постоянного напряжения введены две индуктивно связанные катушки, второй тиристор, два одинаковых конденсатора, два балластных сопротивления и дополнительный источник постоянного напряжения, включенные таким образом, что индуктивно связанные катушки включены последовательно и согласно, причем входной зажим первой катушки соединен с катодом первого тиристора, анод которого образует первую общую точку с вторым выводом нагрузки, с анодом диода, с минусовым выводом первого конденсатора и с первым выводом первого балластного сопротивления, выходной зажим первой катушки соединен с входным зажимом второй катушки и с катодом второго тиристора, анод которого соединен с плюсовыми выводами первого и второго конденсаторов, а также с плюсовым выводом дополнительного источника постоянного напряжения, выходной зажим второй катушки образует вторую общую точку с минусовой обкладкой второго конденсатора, с первым выводом второго балластного сопротивления и с минусовым выводом источника постоянного напряжения, а минусовой вывод дополнительного источника постоянного напряжения соединен с вторыми выводами первого и второго балластных сопротивлений.
Изобретение имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:
1. Благодаря включению дополнительного источника постоянного напряжения можно осуществлять заряд конденсаторов до величины напряжения, превышающего напряжение источника размыкаемой цепи, что значительно снижает габариты устройства.
2. Введение двух одинаковых катушек индуктивности, через которые осуществляется разряд двух одинаковых конденсаторов, позволяет в два раза увеличить величину тока отключающего импульса, не увеличивая при этом напряжения заряда конденсаторов, т.к. благодаря предложенному схемному решению обмотки катушек индуктивностей при разряде конденсаторов оказываются включенными встречно, что снижает габариты и повышает надежность работы устройства.
3. Поскольку разряд конденсаторов осуществляется одновременно через встречно включенные катушки индуктивности, то разрядные импульсы проходят только через отключаемый тиристор и не проходят через ветвь с последовательно включенными источником постоянного напряжения и нагрузкой, что также повышает надежность работы устройства.
На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства, на фиг.2 - диаграммы токов.
Устройство содержит источник постоянного напряжения 1, подключенный последовательно через первый тиристор 2 к нагрузке 3. Параллельно нагрузке 3 подключен диод 4 так, что катод диода соединен с плюсовым выводом источника 1 и первым выводом нагрузки 3, а анод диода 4 образует первую общую точку с анодом первого тиристора 2, со вторым выводом нагрузки 3, с минусовым выводом первого конденсатора 5 и с первым выводом первого балластного сопротивления 6. Катод первого тиристора 2 соединен с входным зажимом первой катушки индуктивности 7, выходной зажим которой подключен к входному зажиму второй катушки индуктивности 8 и к катоду второго тиристора 9. Выходной зажим катушки индуктивности 8 образует вторую общую точку с минусовым выводом источника 1, с минусовым выводом второго конденсатора 10 и с первым выводом второго балластного сопротивления 11. Плюсовые выводы конденсаторов 5, 10 соединены с анодом второго тиристора 9 и с плюсовым выводом дополнительного источника постоянного напряжения 12, минусовой вывод которого соединен с вторыми выводами первого и второго балластных сопротивлений 6, 11.
На фиг.2 изображены постоянный ток 13, протекающий через тиристор 2 и нагрузку 3, а также импульс тока 14, сформированный в первой катушке индуктивности 7 и первом тиристоре 2 при разряде конденсаторов 5, 10.
Устройство работает следующим образом. При подаче управляющего импульса на первый тиристор 2 источник постоянного напряжения 1 подключается к нагрузке 3 и по цепи источник 1 - тиристор 2 - нагрузка 3 - включенные согласно катушки индуктивности 7, 8 начинает протекать постоянный ток 13. Дополнительный источник постоянного напряжения 12 через балластные сопротивления 6, 11 заряжает конденсаторы 5, 10 до величины заданного напряжения. Для отключения нагрузки 3 от источника 1 в момент времени t0 подается управляющий импульс на второй тиристор 9. При этом первый конденсатор 5 разряжается через первый тиристор 2, катушку индуктивности 7 и второй тиристор 9, а второй конденсатор 10 разряжается через вторую катушку индуктивности 8 и второй тиристор 9. Импульс тока при разряде конденсатора 5 вызывает уменьшение магнитного потока в катушке 7, одновременно с этим разряд конденсатора 10 через индуктивно связанную и встречно включенную катушку индуктивности 8 вызывает еще большее уменьшение магнитного потока в катушке 7, вследствие чего в первом тиристоре 2 формируется импульс тока 14, который в момент времени t1 переходит через нулевое значение, что приводит к отключению первого тиристора 2. Импульс перенапряжения, возникающий при индуктивном характере нагрузки 3, шунтируется диодом 4. Штриховой линией на фиг.2 показан ток в нагрузке в случае замены первого тиристора 2 диодом. В этом случае ток в нагрузке 13 восстанавливается до своего первоначального значения. Исследования данного устройства, проведенные с помощью программы Electronics Workbench, показали, что для размыкания аналогичной прототипу цепи с индуктивной нагрузкой 5 Гн, напряжением источника 200 В и током в 500 А понадобились два конденсатора емкостью по 2000 мкФ, заряженные до напряжения 1500 В.
Таким образом, предложенное схемное решение изобретения позволяет существенно уменьшить габариты устройства и увеличить надежность его работы.
Тиристорный выключатель постоянного тока, содержащий источник постоянного напряжения, плюсовой вывод которого соединен с первым выводом нагрузки и с катодом диода, второй вывод нагрузки соединен с анодом диода и анодом первого тиристора, а минусовой вывод источника соединен с катодом первого тиристора, отличающийся тем, что в разрыв цепи между катодом первого тиристора и минусовым выводом источника постоянного напряжения введены две индуктивно связанные катушки, второй тиристор, два одинаковых конденсатора, два балластных сопротивления и дополнительный источник постоянного напряжения, включенные таким образом, что индуктивно связанные катушки включены последовательно и согласно, причем входной зажим первой катушки соединен с катодом первого тиристора, анод которого образует первую общую точку с вторым выводом нагрузки, с анодом диода, с минусовым выводом первого конденсатора и с первым выводом первого балластного сопротивления, выходной зажим первой катушки соединен с входным зажимом второй катушки и с катодом второго тиристора, анод которого соединен с плюсовыми выводами первого и второго конденсаторов, а также с плюсовым выводом дополнительного источника постоянного напряжения, выходной зажим второй катушки образует вторую общую точку с минусовой обкладкой второго конденсатора, с первым выводом второго балластного сопротивления и с минусовым выводом источника постоянного напряжения, а минусовой вывод дополнительного источника постоянного напряжения соединен с вторыми выводами первого и второго балластных сопротивлений.
