Реверсивный полупроводниковый коммутатор, работающий на индуктивную нагрузку

Изобретение относится к реверсивным полупроводниковым коммутаторам, работающим на индуктивную нагрузку. Технический результат заключается в повышении надежности устройства и уменьшении расхода электрической энергии. Устройство содержит четыре ключа, источник постоянного напряжения и индуктивную нагрузку. В качестве первого и третьего ключей использованы тиристоры, второго и четвертого ключей - транзисторы. Катод каждого из тиристоров соединен с анодом соответствующего диода и анод соединен с катодом соответствующего диода. Второй вывод первого ключа и первый вывод второго ключа объединены и соединены с первым выводом нагрузки. Второй вывод третьего ключа и первый вывод четвертого ключа объединены и соединены со вторым выводом нагрузки. 1 ил.

 

Изобретение относится к переключающим устройствам и может быть использовано в электротехнике для замыкания и размыкания электрической цепи переменного тока в заданные промежутки времени.

Известно устройство замыкания и размыкания электрической цепи, выполненное на четырех полупроводниковых ключах, в качестве которых использованы четыре тиристора, содержащее источник постоянного напряжения и RLC нагрузку. Аноды первого и четвертого тиристоров объединены и подсоединены к положительному выводу источника постоянного напряжения. Катод первого тиристора и анод второго тиристора объединены и соединены с RLC нагрузкой. Катод четвертого тиристора и анод третьего тиристора объединены и соединены с RLC нагрузкой. Катоды второго и третьего тиристоров объединены и подсоединены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения (Лабунцов В.Α., Ривкин Г.Α., Шевченко Г.И. Электроприводы с полупроводниковым управлением. Автономные тиристорные инверторы / В.А. Лабунцов, Г.А. Ривкин, Г.И. Шевченко. - М.: Энергия, 1967. - СП, рис. 2б).

Основным недостатком описанного устройства является пониженная надежность вследствие сильного влияния нагрузки на условия коммутации за счет вхождения ее в состав RLC нагрузки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является инвертор, работающий на активную нагрузку, выполненный на четырех полупроводниковых ключах, содержащий источник постоянного напряжения и нагрузку. Второй вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод второго полупроводникового ключа объединены и соединены с первым выводом нагрузки. Первый вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод третьего полупроводникового ключа объединены и подключены к положительному выводу источника постоянного напряжения. Второй вывод третьего полупроводникового ключа и первый вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и соединены со вторым выводом нагрузки. Второй вывод второго полупроводникового ключа и второй вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и подключены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения. В качестве полупроводниковых ключей использованы транзисторы со встречно-параллельно соединенными диодами. Нагрузка использована активная. ЭДС самоиндукции, возникающая при коммутации индуктивной нагрузки, замыкается с помощью пары диагонально включенных диодов, если это возможно, через источник постоянного напряжения (Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи / В.С. Моин. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - С. 307, рис. 8.24, е).

Основными недостатками описанного инвертора являются низкая надежность ввиду отсутствия защищенности от ЭДС самоиндукции, возникающей при коммутации индуктивной нагрузки, повышенный расход электрической энергии на управление открытием и удержание в рабочем состоянии четырех транзисторов, а также необходимость в дополнительных изолированных источниках питания для управления транзисторами и в организации дополнительной фиксированной выдержки времени при переключении полупроводниковых ключей, что затягивает процесс переключения при разнообразной величине нагрузки.

Изобретением решается задача повышения надежности за счет надежной нейтрализации действия ЭДС самоиндукции при коммутации индуктивной нагрузки, уменьшения расхода электрической энергии и обеспечения отсутствия необходимости в организации дополнительной фиксированной выдержки времени при переключении полупроводниковых ключей за счет изменения схемы подключения полупроводниковых ключей.

Для решения поставленной задачи в реверсивном полупроводниковом коммутаторе, выполненном на четырех полупроводниковых ключах, содержащем источник постоянного напряжения и нагрузку, причем второй вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод второго полупроводникового ключа объединены и соединены с первым выводом нагрузки, первый вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод третьего полупроводникового ключа объединены и подключены к положительному выводу источника постоянного напряжения, второй вывод третьего полупроводникового ключа и первый вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и соединены со вторым выводом нагрузки, второй вывод второго полупроводникового ключа и второй вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и подключены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения, в качестве второго и четвертого полупроводниковых ключей использованы транзисторы, согласно изобретению в качестве первого и третьего полупроводниковых ключей использованы тиристоры. При этом катод каждого из тиристоров соединен с анодом соответствующего полупроводникового диода, анод каждого из тиристоров соединен с катодом соответствующего полупроводникового диода, а нагрузка исполнена индуктивной.

Обеспечение возможности повышения надежности устройства и уменьшения расхода электрической энергии обусловлено введением вместо двух транзисторов двух тиристоров со встречно-параллельно включенными диодами, обеспечивающих протекание ЭДС самоиндукции через диод и работающий тиристор без замыкания ЭДС через источник постоянного напряжения.

Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная электрическая схема реверсивного полупроводникового коммутатора, работающего на индуктивную нагрузку.

Кроме того, на чертеже дополнительно изображено следующее:

- L - индуктивная нагрузка;

- VD1 и VD2 - полупроводниковые диоды;

- Т1 и Т3 - тиристоры;

- Т2 и Т4 - транзисторы;

- К1-К4 - полупроводниковые ключи;

- прямая линия со стрелкой вдоль индуктивной нагрузки - положительное направление постоянного тока;

- пунктирная линия со стрелкой вдоль индуктивной нагрузки - отрицательное направление постоянного тока.

Реверсивный полупроводниковый коммутатор содержит четыре полупроводниковых ключа, источник постоянного напряжения и индуктивную нагрузку. В качестве первого и третьего полупроводниковых ключей использованы тиристоры, причем катод каждого из тиристоров соединен с анодом соответствующего полупроводникового диода, а анод каждого из тиристоров соединен с катодом соответствующего полупроводникового диода. В качестве второго и четвертого полупроводниковых ключей использованы транзисторы. Второй вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод второго полупроводникового ключа объединены и соединены с первым выводом нагрузки. Первый вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод третьего полупроводникового ключа объединены и подключены к положительному выводу источника постоянного напряжения. Второй вывод третьего полупроводникового ключа и первый вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и соединены со вторым выводом нагрузки. Второй вывод второго полупроводникового ключа и второй вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и подключены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения.

Реверсивный полупроводниковый коммутатор, работающий на индуктивную нагрузку, выполнен на полупроводниковых ключах первом (К1), втором (К2), третьем (К3) и четвертом (К4).

Первый вывод 1 первого (К1) полупроводникового ключа и первый вывод 2 третьего (К3) полупроводникового ключа, в качестве которых использованы тиристоры 3 (Т1) и тиристоры 4 (Т3), а также диоды 5 (VD1) и диоды 6 (VD2) соответственно, подключены к положительному выводу 7 источника постоянного напряжения. Катод тиристора 3 (Т1) соединен с анодом полупроводникового диода 5 (VD1), а анод тиристора 3 (Т1) соединен с катодом полупроводникового диода 5 (VD1). Катод тиристора 4 (Т3) соединен с анодом полупроводникового диода 6 (VD2), а анод тиристора 4 (Т3) соединен с катодом полупроводникового диода 6 (VD2).

Второй вывод 8 первого (К1) полупроводникового ключа и первый вывод второго (К2) полупроводникового ключа, то есть коллектор 9 транзистора 10 (Т2) второго (К2) полупроводникового ключа, объединены и соединены с первым выводом 11 индуктивной нагрузки 12 (L).

Второй вывод 13 третьего (К3) полупроводникового ключа и первый вывод четвертого (К4) полупроводникового ключа, то есть коллектор 14 транзистора 15 (Т4) четвертого (К4) полупроводникового ключа, объединены и соединены со вторым выводом 16 индуктивной нагрузки 12 (L).

Второй вывод второго (К2) полупроводникового ключа, то есть эмиттер 17 транзистора 10 (Т2), и второй вывод четвертого (К4) полупроводникового ключа, то есть эмиттер 18 транзистора 15 (Т4), объединены и подключены к отрицательному выводу 19 источника постоянного напряжения.

Работа реверсивного полупроводникового коммутатора, работающего на индуктивную нагрузку, происходит следующим образом.

При подаче управляющих сигналов на управляющий электрод тиристора 3 (Т1) и на базу транзистора 15 (Т4) ток протекает по нагрузке 12 (L) в прямом направлении. При снятии управляющего сигнала с базы транзистора 15 (Т4) возникающая ЭДС замыкается через диод 6 (VD2) и все еще открытый тиристор 3 (Т1). При снижении ЭДС до порогового значения тиристор 3 (Т1) сам закрывается, и ток протекать не будет. Выдержка времени на переключение не делается.

При подаче управляющих сигналов на управляющий электрод тиристора 4 (Т3) и на базу транзистора 10 (Т2) ток протекает по нагрузке 12 (L) в обратном направлении. При снятии управляющего сигнала с базы транзистора 10 (Т2) возникающая ЭДС самоиндукции, которая поддерживает прежнее направление тока на нагрузке 12 (L), замыкается через диод 5 (VD1) и все еще открытый тиристор 4 (Т3). При снижении ЭДС до порогового значения тиристор 4 (Т3) сам закрывается, и ток протекать не будет. Выдержка времени на переключение не делается.

Таким образом, на основании изложенного можно сделать вывод о том, что изобретение имеет преимущества по сравнению с известным из-за повышенной надежности за счет надежной нейтрализации действия ЭДС самоиндукции при коммутации индуктивной нагрузки, уменьшения расхода электрической энергии и обеспечения отсутствия необходимости в организации дополнительной фиксированной выдержки времени при переключении полупроводниковых ключей за счет изменения схемы подключения полупроводниковых ключей.

Реверсивный полупроводниковый коммутатор, выполненный на четырех полупроводниковых ключах, содержащий источник постоянного напряжения и нагрузку, причем второй вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод второго полупроводникового ключа объединены и соединены с первым выводом нагрузки, первый вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод третьего полупроводникового ключа объединены и подключены к положительному выводу источника постоянного напряжения, второй вывод третьего полупроводникового ключа и первый вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и соединены со вторым выводом нагрузки, второй вывод второго полупроводникового ключа и второй вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и подключены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения, в качестве второго и четвертого полупроводниковых ключей использованы транзисторы, отличающийся тем, что в качестве первого и третьего полупроводниковых ключей использованы тиристоры, при этом катод каждого из тиристоров соединен с анодом соответствующего полупроводникового диода, анод каждого из тиристоров соединен с катодом соответствующего полупроводникового диода, а нагрузка исполнена индуктивной.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области коммутационных сред для вычислительных систем и может быть использовано как составная часть высокоскоростного последовательного мультиканального приемопередатчика.

Изобретение относится к электронным устройствам автоматики. Технический результат заключается в повышении надежности и помехоустойчивости.

Изобретение относится к системам автоматического управления и контроля. Техническим результатом является обеспечение возможности выявления дефектов элементов в многопозиционном релейном коммутаторе до нарушения его функционирования путем контроля за временем переключения исполнительного реле.

Изобретение относится к силовой электронике. Технический результат заключается в упрощении схемы резервирования системы силовой электроники при сохранении ее надежности.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в различных коммутационных устройствах. Техническим результатом является повышение надежности.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в источниках питания с защитой от перегрузки по току без использования датчика тока, преимущественно в системах управления космических аппаратов.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в источниках питания с защитой от перегрузки по току без использования датчика тока, преимущественно в системах управления космических аппаратов.

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники и может найти применение при построении средств коммутации многопроцессорных и многомашинных вычислительных и управляющих систем, абонентских систем связи с децентрализованным управлением, систем сбора информации и информационно-измерительных комплексов.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в многоканальных коммутируемых источниках питания, где требуется информация о протекающем токе в нагрузке.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для коммутаций осветительных сетей. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах преобразования и распределения электроэнергии. Технический результат заключается в повышении надежности резервирования в системах бесперебойного питания с параллельной работой за счет сокращения до нуля времени резервирования. Технический результат достигается за счет коммутирующих устройств между выходами источников переменного тока и общей нагрузкой, содержащих тиристорный ключ для отрицательного напряжения, тиристорный ключ для положительного напряжения и схему управления, состоящую из усилителя сигнала управления и двух формирователей сигнала управления тиристорными ключами для положительного и отрицательного напряжения, логическую схему "Исключающее ИЛИ", инвертор сигнала, усилитель сигнала управления, причем усилитель сигнала управления выполнен из компаратора входного напряжения и компаратора выходного напряжения. 5 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в коммутационных устройствах. Технический результат заключается в повышении надежности силового ключа. Силовой ключ на МДП-транзисторе содержит: трансформатор, вторичная обмотка которого зашунтирована двумя последовательно соединенными резисторами, начало вторичной обмотки трансформатора через диод в отпирающей полярности связано с затвором МДП-транзистора; транзистор n-ρ-n типа, коллектор которого соединен с затвором МДП-транзистора, эмиттер - с точкой соединения резисторов, а база - с концом вторичной обмотки трансформатора; исток МДП-транзистора соединен с точкой соединения резисторов и эмиттера транзистора, введен дополнительный диод, катод которого соединен с базой, а анод - с эмиттером транзистора. 1 ил.

Изобретение относится к коммутационной технике. Технический результат - обеспечение коммутации двунаправленных сигналов, повышение быстродействия и увеличение надежности. Для этого в реле, содержащем генератор импульсов, входы управления, введены блок защиты и стабилизации, блок гальванической развязки, цепь сброса, N коммутационных каналов, состоящих из пары двунаправленных коммутаторов, первого, второго и третьего выходов реле; причем входы блока защиты и стабилизации соединены с входами управления, а выход блока защиты и стабилизации - с входом генератора импульсов; выход генератора импульсов - с первым входом блока гальванической развязки, первый и второй выходы которого - с первыми входами каждого из двунаправленных коммутационных элементов, а третий выход - с первым входом цепи сброса, первый выход первого коммутационного элемента и второй выход второго коммутационного элемента - со вторым и третьим входами цепи сброса, второй выход первого коммутационного элемента соединен с первым выходом реле, третий выход первого коммутационного элемента соединен с первым выходом второго коммутационного элемента и третьим выходом реле, а третий выход второго коммутационного элемента соединен со вторым выходом реле. 3 ил.
Наверх