RU20196U1 - Устройство для регулирования переменного тока - Google Patents

Description

Устройство для регулирования переменного тока

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к оптоэлектронным полупроводниковым преобразователям электрической энергии и может быть использовано для регулирования высокого напряжения переменного тока в системах промышленного электропривода и автоматики.

Известен оптрон, в котором для повышения электрической прочности изоляции между входом и выходом оптрона, без существенного усложнения его конструкции при отсутствии требований к идентичности свойств материала оптически прозрачной среды связи между излучателем и ФП и материала герметизирующего покрытия, исключить границу раздела среда связи /покрытие как потеициальньп источник возникновения областей, инициирующих пробой. С этой целью формируют границу раздела таким образом, что она пересекает силовые линии электрического поля между СД и ФП. Это может быть сделано, например , путём создания нарезки на цилиндрической поверхности среды связи вдоль направления связи. Предлагается также создавать химическую связь между материалом связи и покрытием (см. пат. ГДР, №

220178, кл. HOlL- /l6, опубликовано 20.03.85 г.)

Известно устройство, содержащее оитосимистор управляющий симистром или встрсчио-параллелыю включенными тиристорами большой мощности. Устройство объединено в единый корпус с выводами входа и выхода (см. каталог фирмы SHARP, 2000 г., оптореле S 201505V, S202T02).

Недостатком данного устройства является низкая надежность при коммутационных всплесках напряжения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятое авторами за прототип является устройство для регулирования переменного тока содержащее теплопроводящее основание, на котором установлены два вывода peгyлиpye югo напряжения и два вывода сигналов управления, при этом между выводами регулируемого напряжения и

731

МПК HOIL /16

выводами сигналов управления )-ста 1овлси изоляционный барьер (см. A.M.. lOiiiHH «()нто-)лектро11ные нрнбор, н их и рзбежш.ю аиало -и. Справочник в 3-х томах-М: ИП Радио Софт, 1999, том 2, етр. 517-521. онтореле 5Г119ТМ-10, 5Г119ГМ-20).

Недостатком данного устройства является его большие габариты, обуcjiOBjiciHibie необходимостью размеи1ения двух и более унравляемых вентилей и донолиительных устройств, ограничиваюн нх воздействия на устройство вснлесков напряжения и тока, низкая надёжность, так как блокирующая способность мощного ключа ограничивается характеристиками вспомогательного оптосимнстора, а переменное напряжение прикладывается ко всем управляемым вентилям.

Технический результат которьи1 можег быть /юстнгнут с помощью предлaгae юй полезной юдeли сводится к новьнненню надежноетн и уменьшению габаритов устройства.

Технический результат достигается с нo юlцыo известного устройства для регулирования переменного тока содержащее теплонроводящее основание, на котором установлены два вывода )емого напряжения и два вывода сигналов управления, при этом между выводами регулируемого напряжения и выводами сигналов управления установлен изоляционный барьер, при чём на основании установлены, объединенные между собой, структура р-п-р-п фототиристора с излучающим диодом и керамическая подложка, к выводам излучающего диода подсоединены выводы сигналов лнравления и диодный мост, причём к ОД1ЮЙ диагонали диодного юcтa подсоединена структура р-пр-п фототиристора, а к другой диагонали - выводы peгyлиpye югo напряжения, при этом два диода диодного юcтa становлены па керамической подложке, а выводы peгyлиpye.югo напряжения и сигналов управления расположены параллельно основанию. В стройстве диод1НзН1 люст и структура р-п-р-п фототиристора установлены на основании через керамическую подложку.

На фиг.2, то же. с изолированным от силовых полупроводниковых элементов схемы основанием.

На фиг.З дана электрическая схема }-стройства для регулирования переменного тока.

На фиг. 4 дана схема управления электромагнитным контактором.

На фи1.5 дана схема для }-||равления силовым тирмстор1н,1м ключом большой мощности.

Устройство для регу;н1рова1Н1я переменного тока содержит теплопроводящее основание 1, на котором установлены силовые полупроводниковые элементы, а именно: нзл -ча1ощий диод 2, структура р-п-р-п фототиристора 3, четыре диода соединенные но схеме диодного моста 4 Греца, при этом к одной диагона1Н1 диодного моста 4 подсоедииена структура р-п-р-п фототиристора 3, а к другой диагонали выводы 5,6 для подключения регулируемого напряжения, причём, как .н1нимум два диода диодного моста 4 установлены на основании 1 через керамическую подложку 7 с нанесеньюй на ней металлизацией 8. Выводы 9,10 для подключения сигналов управления и 5,6 регулирования напряжения расположены параллельно основанию 1, при этом между ними установлен изоляционный барьер (см. фиг.З) Для соединения катода структуры р-п-р-п фототиристора 3 с диодным юcтoм 4 устанавливается перемычка И.

Для надежности устройства и вoз южнocти последовательного соединения силовых полупроводниковых элементов двух и более подобных устройств для величе1П я максимально дoIlycти югo регулируемого напряжения, диодный мост 4 устройства изготавливается с обратными характеристиками, допускающими работу в режиме лавинного пробоя, а максимально допустимое напряжение в закрытом состоянии фототиристора 3 превышает напряжение пробоя диодного дюста 4.

Устройство работает следующим образо.м.

грузки диодного моста 4 находится в состоянии низкой ироводимости. Независимо от полярности регулируемого напряжения на выводах 5 и 6, на структуру р-п-р-п фототиристора 3 иостуиает только ноложительное нанряжение по отношению к аноду. За один нериод нанряжения к структуре р-п-р-п фототиристору 3 подводится два импульса выпрямленного напряжения, частота напряжения на структуре р-п-р-п фототеристоре 3 удваивается. При иодаче сигнала управления на излучающги1 диод 2 структура р-п-р-п фототиристора 3 переходит в состояние высокой проводимости и в нагрузке появляется ток. Потери на самом устройстве будут определяться величиной тока и падением напряжения на двух диодах диодного моста 4 и на открытой структуре р-п-р-п фототиристоре 3. При построении высоковольтного устройства последовательное включение структуры р-п-р-п фототиристора 3 и двух элементов диодного моста 4 и тепловые потери на них ие так существенны как достижение возможьюсти регулировать высокое нанряжение. Выделяемое структурой р-пр-п фототиристором 3 и диодным юcтoм 4 тепло (тепловая мощность) рассеивается через кepa Hlчecкyю подложку 7 и теплопроводящее основание 1 в окружающую среду. В связи с тем, что работа стр)ктуры р-п-р-п фототиристора 3 не зависит от ноляр юст11 выводов 5 и 6 pciyjHipycMoro нанряжения, регулируемьнЧ сигнал не содержит иостояниую составляющую тока, что повышает надежность устройства при работе на индуктивиую нагрузку. При переходе тока через ноль структура р-п-р-п фототиристор 3 иерсходит в состояние иизкой пpoвoди юcти. Металлизаиия 8 иа керамической подложке 7 и перемычка 11 обеспечивают надеж юе соединение структуры р-п-р-п фототиристора 3 и диодного люста 4 согласно cxeNH i (фиг.З).

При последовательном соединении двух и более устройств, нанряжение распределяется между cилoвы нI выхода%п1 устройств в соответствии с напряжением пробоя диодного моста 4. Максимальная амплитуда рет лируемого напряжения ограничивается напряжением электрической прочности, изоляционного барьера между вывoдa иI 5 и 6 регулируемого напряжения и 9 и 10 сигналов управления.

Предлагаемая полезная модель по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет след)ющие иреимущества:

-повышение надежности устройства;

-небольшие габариты устройства;

Изготовлена опытная партия устройств для регулирования переменного тока со следуюш,ими характеристиками:

-максимальный ток в открытом состоянии при температуре корпуса 85 С (действующее значение) до 12 А;

-максимальный импульсный ток в открытом состоянии (t|,50 мкс, Г 100Гц)до 100 А;

-неповторяющийся ударный ток до 400 А (t,,10 мс);

-защитный показатель до 550 А -С;

-критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии до ЮООВ/мкс;

-время включе1П я по управляющему электроду при токе 12 А, напряжении в закрытом состоянии 100В до 8 мкс;

-повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии до 2000В;

-электрическая прочность изолящи между выводами 5 и б регулируемого напряжения и выводами 9 и 10 сигна/юв унравления не менее 3000 В (действующее значение).

Испытания в вoз южныx схемах применения показали, что наиболее эффектнвгю применеьн1е устройства для включения (отключе1Н1я) элетромагнитных устройств с больщими значениями пусковых токов., например электромагнитных контакторов (фиг.4) и для унравления силовыми тиристорными ключами на токи до 100 А и более, в том числе и для включения в заданной фазе управления (фиг.5).

Авторы: й Н.Э. Горохов-Мирощников

Claims (2)

1. Устройство для регулирования переменного тока, содержащее теплопроводящее основание, на котором установлены два вывода регулируемого напряжения и два вывода сигналов управления, при этом между выводами регулируемого напряжения и выводами сигналов управления установлен изоляционный барьер, отличающееся тем, что на основании установлены, объединенные между собой, структура р-n-р-n фототиристора с излучающим диодом и керамическая подложка, к выводам излучающего диода подсоединены выводы сигналов управления и диодный мост, при этом к одной диагонали диодного моста подсоединена структура р-n-р-n фототиристора, а к другой диагонали - выводы регулируемого напряжения, причем два диода диодного моста установлены на керамической подложке, а выводы регулируемого напряжения и сигналов управления расположены параллельно основанию.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диодный мост и структура р-n-р-n фототиристора установлены на основании через керамическую подложку.