Трехфазный тиристорный ключ
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советсиик
Социапистичесни и
Республик
3 (51)М. Кл. с присоединением заявки М Н 03 К 17/56 Гееудеретееииый комитет СССР до делам изебретеиий и еткрыти11 (23) Приоритет Опубликовано 30,07,81. Бюллетень At 28 (5З) УДK 621.316. .722.1(088 .8} Дата опубликования описания02.08,81 (72) Авторы изобретения Д. В. Анисимов и Г. В, Федоров -? >. 1 (71) Заявитель (54) ТРЕХФАЗНЫЙ ТИРИСТОРНЬЙ КЛЮЧ Изобретение относится к электромеханике, а именно к устройствам бес- контактной коммутации трехфазных цепей переменного тока, и может быть использовано для коммутации нагрузок, В имеющих активное и реактивное сопротивление. Известны силовые тиристорные кхпочи для питания нагрузки от сети переменного тока, содержащие синхронизи рующий трансформатор-формирователь импульсов и устройство уппл."нйя силовым тирнсторным ключом (1j. Недостатком таких ключей является низкая надежность работы, обусловлен-, ная возможностью сбоя фазы следования управляющих импульсов при воздействии внешних помех или при изменении харакC тера реактивного сопротивления нагрузки б 20 Наиболее близок к предлагаемому трехфазный тиристорный ключ, содержа- щий включенные в каждой фазе встречно-параллельно силовые тиристоры и диоды, трехфазный синхронизирующий трансформатор, первичные обмотки которого соединены со входом трехфазно-. го тиристорного ключа, а вторичные обмотки соединены звездой со входами формирующих RCD-цепей, выходы которых соединены через выключатель со входом генератора импульсов управления силовыми тиристорами (2 1. Недостаток этого трехфазного тиристорного ключа — также низкая надежность работы, обусловленная потерями мощности в цепи управления, вызывающими перегрев тнристора при длительной работе .в условиях повышенной температуры окружающей среды, Цель изобретения - повышение надежности устройства, Поставленная цель достигается тем, что в трехфазный тиристорный ключ, содержащий включенные в каждой фазе встречно-параллельно силовые тиристоры и диоды, трехфазный синхронизирующий трансформатор, первичные обмотки 3 85177 которого соединены со входом трехфазного тиристорного ключа, а вторичные обмотки соединены звездой со входами формирующих RCD-цепей, выходы которых соединены через выключатель со входом генератора импульсов управления силовыми тиристорами, введены три согласующих импульсных трансформатора, трехфазный трансформатор управления и транзисторный ключ, при этом первич- 10 ные обмотки трехфазного синхронизирующего трансформатора соединены треугольником, генератор импульсов управления силовыми тиристорами выполнен по схеме триггера с раздельными входа- 15 4и, первичные обмотки согласующих импульсных трансформаторов одними выводами соединены через первые диоды катодами к анодам соответствующих силовых тиристоров, через шуитированные . 20 резисторами вторые диоды соединены анодами к катодам силовых тиристоров, другими выводами - через последовательно соединенные между собой катодными выводами третьи диоды.и стаби- 25 литроны к управляющим электродам соответствующих силовых тиристоров, вторичные обмотки одними выводами соединены с общей шиной питания триггера, а другими — через четвертые диоды с 30 первым входом триггера, второй вход которого соединен с выключателем, выход триггера соединен со входом транзисторного ключа, выход которого через резистор и трехфазный выпрямительный 35 мост соединен со вторичными обмотками трехфазного трансформатора управления, первичные обмотки которого соединены треугольником и подключены к соответствующим точкам соединения первых и 40 вторых диодов. На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема устройства; иа фиг. 2 — эпюры напряжений характерных точек. .45 щем ключе 59 на выходе триггера 3) управления (коллектор транзистора 33) напряжение отсутствует, транзисторный ключ 39 разомкнут, трансформатор 37 управления работает в режиме холостого хода, при этом на. транзисторном ключе 39 присутствует пониженное относительно сетевого напряжение. Ток холосТрехфазный тиристорный ключ состоит из выходных шин 1, 2 и 3 . тнристоров 5 и б со встречно-параллельно включенными с ними диодами 7, 8 и 9 и цепей 50 управления тиристорами. Цепь управления каждым из тиристоров 4 (5 и 6) содержит диод I O (11 и 12), резистор 13 . (14 и 15), элементы, шувтирующие цепь управляющего электрода тиристора. со- 55 стоящие из последовательно соединенных стабилйтрона 16 (17 и 18), диода 19 (20 и 21), первичной обмотки импульсного трансформа rope 22 (23 и 24), вторичная обмотка которого подключена с одной стороны через конденсатор 25 (26 и 27) и диод 28 (29 и 30) к одному иэ входов триггера 31 управления на транзисторах 32 и 33, а через резистор 34 (35 и 36) - к одному из его выходов. Трансформатор 37 управления, первичные обмотки которого соединены треугольником и подключены через управлякицие цепи.тиристоров к питающему напряжению, нагружен через трехфазный выпрямительный мост 38 и транзисторный ключ 39 на резистор 40, Вход транзисторного ключа 39 через эмиттерный повторитель 41 подключен к выходу триггера 31 управления, Связь цепей управления с силовой цепью осуществляется через диоды 4?, 43 и 44. Синхронизирующий трансформатор 45, включенный в трехфазную сеть треугольником, нагружен через выпрямитель 46 и резисторы 47, 48 и 49 на последовательно с6единенные резистор 50 и сталибитро-. ны 51 и 52, Резисторы 47, 48 и 49 через дифференцирующие RC-цепи, включакнцие в себя конденсаторы 53, 54 и 55, резисторы 56, 57 и 58, выходную цепь транзистора 33 триггера 31 управления, управляющий ключ 59 и диодную сборку 60, связаны с другим входом триггера 31 управления . Трехфазное питающее напряжение подводится через входные шины 61 (А), 62 (В) и 63 (С) к силовым цепям через тиристоры 4, 5 и 6 и диоды 7, 8 и 9, а также к соответствующим цепям управления тиристоров, При отрицательной полуволне питающего напряжения относительно катодов тиристоров ток протекает через управляющие электроды тиристоров 4, 5 и б, стабилитроны 16, 17 и 18, диоды 19, 20 и 21 первичные обмотки импульсных трансформаторов 22, 23 и 24 кроме того, отрицательная полуволна питающего напряжения подается через резисторы 13, 14 и 15 и положительной полуволны — через диоды 10, 11 и 12. Обе полуволны напряжения складываются на входе трансформатора 37 управления. При выключенном управляю5 8517 того хода трансформатора 37 управле ния создает на резисторах !3, 14 и 15 падение напряжения, не превышающее пороговое напряжение стабилитронов 16, 17 и 18 и диодов 19, 20 и 21, вследст- g вие чего ток в цепях управляющих электродов тиристоров 4, 5 и 6 и, следовательно, в нагрузке отсутствует, так как силовые диоды 7, 8 и 9 включены "встречно, Установка триггера 31 управ->0 ления в исходное положение, при котором транзисторный ключ 39 разомкнут, осуществляется автоматически сигналами хотя бш с одного из,импульсных трансформаторов 22, 23 и 24, напряже" 15 ние на котором возникает при кратковременном включении одного из тиристоров при включенйи сетевого напряжения. Синхронизирующий т„ нсформатор 45, который используется совместно с вы- д прямителем 46 как для питания цепей триггера управления 31, эмиттерного повторителя 41 и транзисторного ключа 39, так и для получения управляющих триггером 31 управления импуль- 25 сов, работает независимо от состояния управляющего ключа 59 при включении трехфазного тиристорного ключа в сеть. Выпрямленное напряжение стабилизируется параметрическими стабилизаторами, 30 включающими в себя резистор 50 и стабилитроны 51 и 52 (стабилитрон 51 используется для получения отрицательного напряжения, а стабилитрон 52 — для положительного), На установленных в З1 цепь каждого из вентилей выпрямителя 46. резисторах 47, 48 и 49 создается падение напряжения от тока соответствующего вентиля, форма которого для одной из цепей показана на фиг. 2(б). <З Полученный таким путем импульс напряжения, действующий в течение угла регулирования, не превышающего 1. 0 „о поступает на дифференцирующие цепи, ! 5 с выхода которых продифференцированные импульсы (фиг. 2,T*.) подаются на диод- ную сборку 60. С выхода диодной сборки 60 положительные импульсы (фиг.2,г) поступают через управляющий ключ 59 50 на вход триггера 3! управления и управляют его работой. При включении управляющего ключа 59 первый же импульс с одной из дифференцирующих цепей устанавливает триг55 гер 31 управления в положение, при ко тором транзистор 33 закрывается, а эмиттерный повторитель 41 и транзисторный ключ 39 открываются, В этом 77 6 случае во вторичных и первичных обмотках транзистора 37 управления по- являются фазные токи, величины которых определяются выходньм напряжением моста 38 и резистором 40 (транзисторный ключ 39 насыщен),а форма - видом схемы выпрямления и группой соединения трансформатора 37 управления, Возникающие в первичных обмотках его линейные токи разветвляются по полярному принципу. Так, для одного из линейных токов положительная часть его через обмотку импульсного трансформатора 22, диод 19 и стабилитрон 16 протекает через управляющий электрод тиристора 4. Так как первичные обмотки трансформатора 37 управления, соединенные треугольником, питаются линейным напряжением, опережающим на 30 электрических градусов соответствующее фазное напряжение, а вторичные обмотки, соединенные звездой, нагружены через мост 38 на резистор 40, то на последнем будут выпрямленные линейные вторичные напряжения, которые опережают на 30 электрических градусов со9 ответствующее первичное напряжение. Таким образом, напряжение на выходе трансформатора 37 управления опережает на 60 электрических градусов фазное напряжение, подаваемое на силовые це-; Ьи. С другой стороны, как известно, при шестифазном выпрямлении эти 60 электрических градусов теряются, при этом импульс тока во вторичных цепях отстает от напряжения его порождающего, на 60 электрических градусов и, следовательно, начинает действовать с началом хода синусоиды фазного напряжения, Ток в линии определяется соответственно как ЛА = .!С "3дф 8 46 Ъа !с вс СА ф в то же время положительная часть полуволн тока Дд ответвляется в цепь управ..яющего электрода тиристора 4,,тока Д вЂ” в цепь управляющего элект рода тиристора 5, тока g — в цепь управляющего электрода тиристора б. Положительная часть полуволны тока 3 показана на фиг, 2(p), из которой, в частности, видно, что этот импульс достаточно мощный и нарастает почти мгновенно, Резистором 40 величина броска тока устанавливается несколько больше тока включения наиболее худшего из тиристоров, При включении одного из тиристоров, например 4, положительная часть полу7 85177 волны тока Дд перехватывается силовой цепью, вследствие чего ток через управляющий электрод прекращается, так как цепь его шунтируется последовательно соединенными диодом 42 и тиристором 4. Такое шунтирование возможно в результате того, что пороговое напряжение стабилитрона 16 больше падения напряжения на диоде 42 и тиристоре 4. При протекании тока через управ- .О ляющий электрод тнристора на выходной обмотке импульсного трансформатора 22 возникает импульс отрицательной полярности, а при его исчезновении — импульс положительной полярности (фиг.2,15 с), который и дает информацию о включении тиристора. Исчезновение импульса тока через управляющий электрод тиристора связано, как уже отмечалось, переключением его с помощью диодов 42,20 43 и 44 в силовую цепь. Таким образом, форма тока через указанные диоды аналогична форме тока, показанного на фиг. 2(д) с усечением передней части импульса. 25 Если теперь подключить вход триггера 31 управления (базу транзистора 32), то возникающие на выходе диодов 28, 29 и 30 импульсы (фиг. 2,ж), дающие, как сказано ранее, информа- Щ цию о включении тиристоров, будут периодически (с интервалом в 1/3 периода) устанавливать триггер 31 управления в исходное состояние (фиг, 2,з) а, следовательно, прекращать ток через 35 транзисторный ключ 39 (фиг. 2, и).Ток в первичной цепи трансформатора 37 управления практически прекращается В и становится равным току холостого хода, прекращается ток и через диоды 42,40 43 и 44, Так как трансформатор 37 уп=. равления включен в сеть и через него проходит ток холостого хода, ro переходный процесс и нем длится малое время, что и позволяет осуществлять поочередную коммутацию транзисторного ключа 39 и, соответственно, включение трансформатора 37 управления. С приходом запускающего импульса на вход транзистора 33 триггера 31 О управления с выхода циодной сборки 60 процесс повторяется„ Ширину импульса в управляющей цепи можно регулировать постоянной времени импульсных трансформаторов 22, 23 и 24, что позволяет осущесгвлять надежное включение тириаторов при минимуме напряжения на er о аноде„ Если включение коммутатора в сеть произошло при Ф = 60 электрических градусов, то при нанедостаточной ширине запускающего импульса, снимаемого с выхода дифференцирующей цепочки инхронизирующего трансформатора, на нагрузке может появиться отсечка напряжения в 120 электрических градусов, возникающая вследствие того, что включается не тиристор 6 фазы С, анодное напряжение ко-, торого мало, а тиристоры 5 фазы В напряжение на аноде которого равно4Ц (фиг. 1 и 2,а). Последний, включив2 икр шись, выключает транзисторный ключ 39 и прекращает протекание управляющих токов до 1У1: = 180, когда включится д тиристор б фазы С вместо тиристора 4 фазы А и т,д. Формула изобретения Трехфазный тиристорный ключ, содержащий включенные в каждой фазе встречно-параллельно силовые тиристоры и диоды, трехфазный синхрониэирующий трансформатор, первичные обмотки которого соединены со входом трехфазного тиристорного ключа, а вторичные обмотки соединены звездой со входами формирующих RCD-цепей, выходы которых соединены через выключатель со входом генератора импульсов управления силовыми тиристорами, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения на" дежности, в него введены три согласу- ющих импульсных трансформатора, трехфазный трансформатор управления и транзисторный ключ, при этом первичные обмотки трехфазного синхронизирующего трансформатора соединены треугольником, генератор импульсов управления силовыми тнристорами выполнен по схеме триггера с раздельными входами, первичные обмотки согласующих импульсных трансформаторов одними выводами 3 соединены через первые диоды катодами к анодам соответствующих силовых тиристоров,через шунтированные резисторами вторые диоды соединены анодаии к ка" тодам силовых тиристоров,другими выводами — через последовательно соединенные между собой катодными выводами третьи диоды и стабилитроны к управляющйм электродам соответствующих силовых тиристоров, вторичные обмотки одними выводами соединены с общей ши ной питания триггера, а другими — че9 85 рез четвертые диоды с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выключателем, выход триггера соединен со входом транзисторного ключа, выход которого через резистор и трехфазный выпрямительный мост соединен со вторичными обмотками трехфазного трансформатора управления, первичные обмотки которого соединены тре угольником и подключены к соответст)777 10 вующим точкам соединения первых и вторых диодов, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .l. Авторское свидетельство СССР В 396848, кл. Н 05 В 41/30, !973. 2. Тиристоры. Технический справочник под ред. В,А, Лабунцова и др. И., <о "Энергия", !971, с, 248, рис. 9-39. 851777 Составитель А. Бомко Редактор Н. В аеаа ТехредМ.Коштура Корректор Г. Назарова Заказ 6390788 Тираж 988 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035 Москва Ж-35 Раушская наб. д. 4/5 Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 и 
