RU2001511C1 - Коммутирующее устройство - Google Patents

Abstract

Использование: область тиристорных коммутирующих устройств, предназначенных дл  включени  нагрузок в цепь переменного тока и фазового регулировани  мощности. Особенностью коммутирующего устройства  вл етс  возможность применени  дл  его автоматического плавного установлени  и выключени  заданного уровн  мощности в нагрузке Коммутирующее устройство содержит тиристорный ключ, вспомогательный источник пульсирующего напр жени  и релаксационный генератор на программируемом однопереходном транзисторе , снабженный цепью автоматического управлени  фазой цепью автоматической остановки изменени  фазы включени  тиристорного ключа а также цепью возврата в исходное состо ние. Основным назначением коммутирующего устройства  вл етс  управление включением и  ркостью ламп накаливани  1 эл. ф-пы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к коммутирующим устройствам с применением тиристоров , однопереходных транзисторов и программируемых однопереходных транзисторов , предназначенных дл  включени  нагрузок в цеп х переменного напр жени  и регулировани  мощности.

Известны коммутирующие устройства дл  фазового управлени  мощности с использованием тиристоров. Дл  коммутации переменного напо жени  могут использоватьс  тиристорные ключи, содержащие один однонаправленный тиристор, два встречно-параллельно включенных тиристора , два встречно включенных тмристорз, симметричный тиристор и другие комбинации из групп тиристоров,

В известных коммутирующих устройствах дл  пуска тиристоров примен ют релак- сдционные генераторы, содержащие RC-цепи, к соедней точке которых подключены маломощные управп емые пороговые ключи: КОК-кремниевые однонаправленные ключи. КДК-кремниевые двунлпрагзленные ключи, программируемые однопереходные транзисторы и др. Выходы релаксационных генераторов подсоедин ютс  к входу тири- стпрмых ключей (ь простейшем случае к управл ющим электродам тиристоров).

Известные тиристорные коммутирующие устройства не позвол ют плавно пс- и сн ть заданную мощность с нагрузки в автоматическом режиме

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому ре- зупьт ту  вл етс  коммутирующее устройство , содержащее тирмсторный ключ и нагрузку, соединенные последовательно и подкпюченные к сети переменного или пульсирующего напр жени . RC-цапочку и делитель напр жени , управл емый пороговый ключ, подключенный анодом к средней точке RC-цепи. а катодом через токосогласующие цепи к входу управлени  тиристорного ключа.

В качестве управл емого порогового ключа в этом коммутирующем устройстве могут быть применены кремниевые однонаправленные ключи (КОК), двунаправленные (КДК) или программируемые однопереходные транзисторы.

Предлагаемое изобретение направлено на расширение функциональных свойств коммутирующих фазоуправлчющих устройств на тиристорах, снабжение их свойствами автоматического плавного регулировани  мощности при включении и выключении устройства от нул  до заданною зна- менч  мощности ипи от заданного значени  кл.. о ти до нул  при сохранении возможности управлени  заданным значением мощности, Решение указанной задачи позволит при применении коммутирующего устройства, выполненного с применением

изобретени , увеличить срок службы нагрузок , предохранить питающие сети от токовых бросков, создать комфортные услови  дл  режимов включени  и выключени  тока в нагрузках.

0 Это достигаетс  благодар  тому, что в коммутирующее устройство введены вспомогательный источник пульсирующего напр жени , цепь из последовательно соединенных первого диода, конденсатора

5 и первого дополнительного резистора, второй диод и второй дополнительный резистор , причем цепь из последовательно соединенных первого диода, конденсатора и первого дополнительного резистора под0 ключена между полюсами вспомогательного источника пульсирующего напр жени , к точке соединени  цепочки из первого диода , конденсатора с первым дополнительным резистором подключен управл ющий

5 электрод управл емого порогового ключа, точка соединени  первого диода и конденсатора через второй дополнительный резистор соединена с одним из полюсов вспомогательного источника пульсирующе0 го напр жени , а между средней точкой делител  напр жени  и управл ющим электродом управл емого порогового ключа включен второй диод. При этом обеспечиваетс  возможность плавного автоматическо5 го увеличени  мощности в нагрузке после включени  устройства внешним контактным переключателем ч задание установившегос  уровн  мощности.

Функции автоматического плавного

0 уменьшени  и увеличени  мощности в нагрузке могут быть реализованы при исполь- зовании двухпозиционного ключа (контактного переключател ) в цепи второго дополнительного резистора.

5Введение вспомогательного источника

пульсирующего напр жени  и подключение к нему релаксационного генера гора с RC- цепью и управл емым пороговым ключом, а также цепи из последовательно соединен0 ных первого диода, конденсатора и первого дополнительного резистора и подключение точки соединени  цепочки из первого диода , и конденсатора с первым дополнительным резистором к управл ющему электроду

5 управл емого порогового ключа позвол ет после включени  коммутирующего устройства достичь плавного изменени  напр жени  включени  порогового ключа и плавного изменени  фазового угла зажигани , а подключение средней точки дглителч напр жени  через диод к управл ющему электроду управл емого порогового ключа позвол ет остановить изменение напр жени  включени  порогового ключа и изменение фазового узла зажигани  тиристорисго ключа на заданном минимальном уровне, так как в противном случае амплитуда напр жени  на катоде порогового ключа снизитс  ниже величины, обеспечивающей пуск тиристор- ного ключа. Включение второго дополнительного резистора между точкой соединени  первого диода и конденсатора и одним из полюсов вспомогательного источника пульсирующего напр жени  позвол ет возвратить коммутирующее устройство о исходное состо ние. Применение двухпозиционного ключа в цепи второго дополнительного резистора позвол ет достичь автоматическое плавное включение и выключение нагрузки.

На фиг. 1 приведена принципиальна  схема коммутирующего устройства дл  управлени  нагрузкой при помощи одного однонаправленного тиристора; на фиг. 2 - вариант схемы с применением дополнительного тиристорного ключа насимметрич- ном тиристоре.

Прин ты следующие условные обозначени : 1 - тиристорный ключ, 2 - нагрузка, 3.4 - клеммы питающей сети переменного или пульсирующего напр жени , 5 - вспомогательный источник пульсирующего напр жени , 6 - резистор, 7 - стабилитрон, 8 - резистор и 9 - конденсатор (8, 9 - RC- цепь). 10, 11 - резисторы (делитель напр жени ), 12 -- управл емый пороговый ключ {кремниевый однонаправленный ключ, программируемый однопереходный транзистор ), 13, 14 - резисторы (токосогласующа  цепь), 15 - первый диод, 16 - конденсатор, 17 - первый дополнительный резистор, 18 - конденсатор, 19 - второй дополнительный резистор. 20, 21 - двухпозиционные ключи (тумблеры), 22 - управл юща  часть коммутирующего устройства. 23 - диодный мост, 24 - коммутирующее устройство по схеме фиг.1 (без нагрузки 2 и ключей 20 и 21), 25 - симметричный тиристор (дополнительный тиристорный ключ), 26 - резистор.

Коммутирующее устройство по данному изобретению может быть выполнено в нескольких схемотехнических вариантах.

При использовании первого варианта (фиг.1) тиристор 1 должен иметь достаточно большое обратное пробивное напр жение. В этом случае нагрузка 2 работает в однопо- лупериодном режиме.

Питание вспомогательного источника пульсирующего напр жени  может осуществл тьс  как от сети переменного тока (клеммы 3 и 4), так и от анода тиристора 1 и клеммы 4 сети.

При необходимости питани  нагрузки 2 5 двухполупериодным выпр мленным напр жением клеммы 3, 4 схемы (фиг.1) должны быть подключены к выпр мл ющей диагонали диодного моста, вход которого подключаетс  к сети переменного напр жени  0 При необходимости пьтани  нагрузки 2 переменным напр жением она может быть подключена между питающей сетью переменного напр жени  и входом диодного моста. При отсутствии необходимости автома5 тического плавного выключени  нагрузки гумблзр 21 должен быть замкнут ипи исключен из цепи резистора 19.

При необходимости достижени  автоматического плавного включени  и плавно0 го отключени  коммутаци  в устройстве осуществл етс  двухпозиционным тумблером 21.

Дл  устройств, в которых необходимы топько Функции автоматического плавного

5 волочени  и выключени  (без возможности регулировани  установившейс  мощности) резистор 10 может быть выполнен нерегулируемом , диод 18 е этом случае подключаетс  к средней точке делител  напр жени  10,

0 11.

Коммутирующее устройство (фиг.1) включенное в выпр мл ющую диагональ диодного моста 23 (фиг.2), может быть включено в цепь управл ющего электрода сим5 матричного тиристора 25. В этом случае в схеме 24 может использопатьс  маломощный тиристор 1.

Коммутирующее устройство может оснащатьс  элементами помехоподавлени 

0 (LC-цепи) 1, защищающими питающую сеть.

Коммутирующее устройство работает следующим образом.

Пусть на клеммы 3, 4 коммутирующего

5 устройства (фиг.1) подано переменное или выпр мленное синусоидальное напр жение . При включенном тумблере 21 после включени  тумблера 20 вспомогательный источник пульсирующего напр жени  вы0 рабатывает импульсы трапецеидальной формы с амплитудой напр жени , ограниченной стабилитроном 7. При этом начинаетс  зар д конденсатора 9 через резистор 8 и конденсатора 16 через диод 15 и резистор

5 17. В начальные моменты времени конденсатор 16 разр жен. Поэтому напр жение на управл ющем электроде ключа 12 больше, чем напр жение на его аноде. Посто нна  времени RC-цепиВ, 9 выбираетс  такой, чтобы к моменту окончани  полупериода питающего напр жени  напр жение на конденсаторе не достигло напр жени  на катоде стабилитрона 7, а посто нна  времени RC- цепи 17, 16 была многократно более посто нной времени RC-цепи 8, 9. К концу полупериода питающего напр жени  напр жение на катоде стабилитрона 7 падает, соответственно падает и напр жение на управл ющем электроде ключа 12 и он отпираетс , разр жа  конденсатор 9. Спуст  определенное число полупериодов питающего напр жени , по мере зар да конденсатора 16 напр жение на управл ющем электроде ключа 12 снижаетс , что вызывает снижение напр жени  переключени  ключа 12 по цепи анод-катод и он начинает включатьс , причем с каждым следующим полупериодом это включение происходит, при все меньшем и меньшем значении напр жени  переключени  ключа 12, что вызывает формирование импульса тока за счет разр да конденсатора 9 в цепь резистора 13. При этом промежутки времени между началом полупериода питающего напр жени  и моментами формировани  импульса уменьшаютс , Этот процесс происходит до тех пор пока из-за снижени  потенциала управл ющего.электрода ключа 12 не откроетс  диод 18, При этом дальнейший зар д конденсатора 16 прекратитс . Сопротивление 11 выбираетс  из услови , обеспечивающего формирование ключом 12 импульсов напр жени , достаточных дл  пуска тири- сторного ключа 1 через резистор 13. Таким образом, после включени  тумблера 20 фаза формируемого импульса мен етс  от значени  примерно 180° в меньшую сторону до некоторого значени , определ емого соотношением плеч делител  напр жени  10,11 (или положением движка потенциометра 10, если делитель выполнен с регулируемым соотношением плеч). Так как тиристорный ключ включаетс  в каждый полупериод имФормула изобретени  КОММУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее тиристорный ключ и нагрузку, соединенные последовательно и подключенные к сети переменного или пульсирующего напр жени , RC - цель и делитель напр жени , управл емый пороговый ключ, подключенный анодом к средней точке RC - цепи, а катодом через токосогласующие цепи - к входу управлени  тиристорного ключа, отличающеес  тем, что в него дополнительно введены вспомогательный источник пульсирующего напр жени , цепь из последовательно соединенных первого диода, конденсатора и первого дополнипульсом управл ющей схемы 22, то мощность в нагрузке нарастает от нул  до установившегос  значени , т.е. осуществл етс  автоматическое плавное включение мощности в нагрузке. При выключении тумблера 20 конденсатор 16 разр жаетс  через резистор 19 и 17 и коммутирующее устройство возвращаетс  в исходное состо ние. Сопротивление резистора 19 выбирают достаточно большим, чтобы оно не сказывалось на возможности зар жать конденсатор 16.

Другой способ управлени  коммутирующим устройством, при котором тумблер 20 посто нно включен, может быть осуществлен при помощи тумблера 21.Однако при этом сопротивление резистора 19, напротив , должно быть ограниченным, чтобы при включении тумблера 21 конденсатор разр жалс . При этом в соответствии с описанным выше процессом фаза зажигани  ключей 21 и 1 будет увеличиватьс  до их полного выключени . При выключении тумблера 21 процесс будет осуществл тьс  в обратном пор дке.

Применение коммутирующего устройства

дл  включени  ламп накаливани  в светотехнической аппаратуре позволит существенно увеличить их срок службы и создать светотехнические издели  повышенной комфортности.

Применение коммутирующего устройства дл  пуска электродвигателей позволит снизить пусковые токи. Кроме того, при использовании коммутирующего устройства снижаетс  импульсна  нагрузка на питающие сети.

(56) Тиристоры, техн. справочник под ред. Б.А.Лабунцова, М.: Энерги , 1971.

С.Зи. Физика полупроводниковых приборов , т,1, пер. с англ.,М.: Мир, 1984, раздел

4.6, с. 247-251, рис. 41а,б,в.

Микросхемы интегральные Е142А-В, Е143А-В. Технические услови  ВБКП.

431314. 004 ТУ-ЛУ (ПО ТОР).

45

тельного резистора, второй диод и второй дополнительный резистор, причем цепь из последовательно соединенных первого ди50ода , конденсатора и первого дополнительного резистора подключена между полюсами вспомогательного источника пульсирующего напр жени , к точке соединени  цепи из первого диода и конден55 сатора с первым дополнительным резистором подключен управл ющий электрод управл емого порогового ключа, точка соединени  первого диода и конденсатора через второй дополнительный резистор соединена с одним из полюсоввспомогательногоисточника равл ющим электродом управл емого па

пульсирующего напр жени , а между рогового ключа включен второй диод, средней точкой делител  напр жени  и уп

vn

R7ti