SU762180A1 - Опубликовано 07.09.80. Бюллетень № 33 (45) Дата опубликования описания 07.09.80 (51) М. Кл.3 Н ОЗК 17/56 //Н ОЗК 17/72 (53) УДК - Google Patents

Description

621.374 (088.8)

(72)Автор

изобретения В. Д. Сустриков

(71) Заявитель —

(54) ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

.1

Изобретение относится к низковольтному приборостроению, а именно — к тиристорным коммутационным устройствам.

Известно переключающее устройство, содержащее источник постоянного напряже- 5 ния, тиристоры с межанодным коммутирующим конденсатором, динистор, времязадающую КС-цепь, диоды, резисторы, управляющий контакт и дополнительный конденсатор [1]. 10

Недостатком этого устройства является необходимость введения, кроме коммутирующего и времязадающего конденсаторов, третьего конденсатора.

Наиболее близко к предлагаемому уст- 15 ройство, содержащее два тиристора, в цепь управления которых включены конденсатор, ключевой элемент (динистор), стабилитрон, токоограничивающие резисторы, имеющие общую точку, а управляющий 20 контакт одним выводом подключен к управляющему электроду основного тиристора [2].

В данном устройстве процесс включения обоих тиристоров основан на разряде кон- 25 денсатора, габариты которого возрастают с увеличением постоянной времени нагрузки, т. к. необходимо, чтобы протекающий в цепи анода ток был больше тока удержания тиристора. Рациональное увеличение 30

2

емкости конденсатора и длительности импульса управления требует увеличения амплитуды импульса, что ограничивается, вопервЫх, допустимой величиной тока управления тиристора и, во-вторых, уменьшением срока службы и надежности устройства, если, например, в качестве контакта используется геркон.

При активно-индуктивной нагрузке, постоянная времени которой достигает сотен миллисекунд, а номинальный ток — порядка сотен миллиампер, увеличение габаритов конденсатора нецелесообразно.

Необходимо также отметить, что конденсатор в цепи управления, включая оба тиристора, должен обладать соответственно значительными габаритами и емкостью, в то время как энергия гасящего конденсатора в момент отключения вспомогательного тиристора используется неэффективно (через вспомогательный тиристор протекает ток порядка нескольких десятков миллиампер, и для отключения тиристора требуется незначительная энергия, запасенная в конденсаторе) .

Целью изобретения является уменьшение габаритов и потребляемой мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в переключающем устройстве, содержащем источник постоянного напряжения, два тиЦ 762180

^ό Λ

ристора, динистор, два конденсатора, три резистора, управляющий контакт и два встречно-последовательно соединенных диода, причем анод первого тиристора через нагрузку подключен к положительному по- 5 люсу источника постоянного напряжения и через первый конденсатор — к аноду второго тиристора, подключенному к положительному полюсу источника постоянного напряжения через первый резистор, като- щ ды тиристоров соединены с отрицательным долюсом. источника постоянного напряжения и первой обкладкой второго конденсатора, вторая обкладка которого подключена к положительному полюсу источника по- 15 стоянного напряжения через второй резистор и к управляющему электроду второго тиристора через последовательно соединенные динистор и третий резистор, а управляющий электрод первого тиристора соединен ₂о с первым выводом управляющего контакта, два встречно-последовательно соединенных диода включены в цепь связи второй обкладки второго конденсатора с анодом первого тиристора, а катоды встречно-последо- 25 вательно соединенных диодов соединены со вторым выводом управляющего контакта.

Цепь связи из двух встречно-последовательно соединенных диодов подключена к аноду первого тиристора через элемент, 30 ограничивающий изменение тока во времени, например дроссель.

Цепь связи из двух встречно-последовательно соединенных диодов подключена к аноду первого тиристора через четвертый 35 резистор, выводы которого соединены с первой и второй выходными клеммами, а анод и катод второго тиристора — с третьей и четвертой выходными клеммами,' между которыми включена цепочка из последо- 49 вательно соединенных дополнительного резистора и диода, включенного встречно второму тиристору.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема переключающего устройства; на 45 фиг. 2 — вариант принципиальной схемы переключающего устройства при включении цепи связи из двух встречно-последовательно соединенных диодов по п. 3 формулы изобретения. 50

Переключающее устройство содержит основной и вспомогательный тиристоры 1,

2, конденсаторы 3, 4, нагрузку 5 (на фиг. 1 нагрузка 5 — индуктивная, на фиг. 2 — активная), динистор 6, управляющий кон- 55 такт 7, резисторы 8—12, встречно-последовательно соединенные диоды 13, 14, дроссель 15, диод 16, внешние клеммы 17, 18.

В переключающем устройстве основной тиристор 1 и вспомогательный тиристор 2 ео подключены анодами к выводам конденсатора 3, а катодами — к отрицательному полюсу источника постоянного напряжения. Резистор 8 подключен одним выводом к точке соединения конденсатора 3 с анодом 65

вспомогательного тиристора 2, а другим — к точке соединения резистора 9 нагрузки 5 с положительным полюсом источника постоянного напряжения. Конденсатор 4 одним выводом подключен к катодам тиристоров 1 и 2, а другим — к точке соединения резистора 9 с анодом динистора 6, катод которого через резистор 10 подключен к управляющему электроду вспомогательного тиристора 2 и к аноду диода 13. Катод диода 13 подключей к точке соединения катода диода 14 и второго вывода управляющего контакта 7, первый вывод которого подключен к управляющему электроду основного тиристора 1. Резистор 11 и диод 16 через внешние клеммы 17, 18 устройства могут быть подключены встречно-параллельно вспомогательному тиристору 2 (фиг. 2) или нагрузке 5 (фиг. 1). Анод диода 14 может быть подключен к точке соединения конденсатора 3 с нагрузкой 5 непосредственно или через токоограничивающий элементов качестве которого может служить дроссель 15 или резистор 12.

Переключающее устройство работает следующим образом.

Допустим, что нагрузка 5 (см. фиг. 1) является индуктивной, анод диода 14 подключен непосредственно к точке соединения конденсатора 3 с нагрузкой 5, и к устройству прикладывается . напряжение от источника постоянного напряжения. Тогда через резистор 9 и конденсатор 4 потечет ток, заряжающий конденсатор до напряжения пробоя динистора 6, который пробиваясь, подключит конденсатор к управляющему переходу вспомогательного тиристора 2. Конденсатор 4, разряжаясь через динистор 6, резистор 10 и управляющий переход тиристора 2, включит последний. Включаясь, вспомогательный тиристор 2 обеспечивает протекание тока через резистор 8, нагрузку 5 и конденсатор 3, который заряжается и предотвращает дальнейшее протекание тока в нагрузке 5. Если резистор 8 высокоомный, ток во вспомогательном тиристоре 2 будет меньше тока удержания, и тиристор 2 закроется. Конденсатор разрядится через резистор 8 и нагрузку 5.

Мощность, выделяемая в устройстве в выключенном состоянии, будет незначительной, т. к. ток, протекающий через резистор 9, динистор 6, резистор 10 и управляющий переход вспомогательного тиристора 2, составляет сотые доли мА· Этот ток обусловлен, во-первых, частотой срабатывания устройства и, во-вторых, токами выключения динистора 6. При замыкании управляющего контакта 7 ток, протекая через нагрузку 5, диод 14, управляющий контакт 7 и управляющий переход основного тиристора 1, включит основной тиристор 1, который зашунтирует цепь его управления. Ток в цепи управления основного тиристора 1 будет нарастать с постоянной времени, оп762180

5 б

ределяемои постоянной нагрузкой о, и, не достигнув предельного, прекратится вследствие того, что за время включения тиристора, составляющего не более нескольких десятков микросекунд, ток в управляющем переходе тиристора не достигнет недопустимой величины. Таким образом, произойдет надежное включение нагрузки 5, обладающей значительной постоянной времени.

Если нагрузка 5 является активной

(фиг. 2), то с целью исключения мгновенного возрастания тока ц управляющем переходе основного тиристора 1, что повышает надежность устройства в целом, последовательно с диодом 14 включается токоограничивающий элемент, обеспечивающий плавное изменение тока в управляющем переходе тиристора 1, например, дроссель 15. Наличие дросселя 15 позволяет включать активную нагрузку 5 без разрушения основного тиристора 1. Индуктивная нагрузка 5 включается также надежно, но с небольшим замедлением по сравнению с устройством без дросселя 15.

Дроссель 15 в устройстве должен обладать небольшим активным сопротивлением и индуктивным сопротивлением, которое, пока включен основной тиристор 1, обеспечивает задержку нарастания тока в управляющем переходе тиристора до недопустимой величины. Тогда нагрузки активные и индуктивные включаются надежно без подбора в цепи управления токоограничивающего резистора для каждой нагрузки.

В качестве токоограничивающего элемента может быть установлен терморезистор, если к устройству не предъявляется требование по обеспечению высокого быстродействия. В данном случае ток, протекающий по терморезистору, разогревает его, уменьшая тем самым его сопротивление, поэтому ток будет нарастать в управляющем переходе основного тиристора 1 с некоторой постоянной времени, что обеспечит надежное включение любой нагрузки и защиту управляющего перехода тиристора 1. .

Ток, протекающий через токоограничивающий резистор 9, диод 13, управляющий контакт 7 и переход тиристора 1, незначительный, т. к. резистор 9 выбирается высокоомным.

После замыкания управляющего контакта 7 в цепи управляющего электрода вспомогательного тиристора 2 ток прекращается, так как он шунтируется цепочкой, состоящей из диода 13, управляющего контакта 7 и управляющего перехода основного тиристора 1, поэтому динистор 6 закрывается.

В качестве ключевого элемента может быть установлен дннисторный аналог, состоящий из тиристора и стабилитрона, что обеспечивает более стабильное напряжение, прикладываемое к .управляющему

электроду вспомогательного тиристора в момент его пробоя.

Конденсатор 3 зарядится до напряжения, прикладываемого к нагрузке 5 через рези5 стор 8.

При размыкании управляющего контакта 7 ток, протекающий через резистор 9, зарядит вновь конденсатор 4 до напряжения пробоя динистора 6, который, пробн10 ваясь, включает вспомогательный тиристор 2, который подключит конденсатор 3 к основному тиристору 1 плюсом к катоду, а минусом к аноду, в результате чего основной тиристор 1 закроется, и ток в нагрузке

15 5 протекать не будет. Диод 13 предотвращает протекание тока в цепь управления вспомогательного тиристора 2.

Номинальная величина резистора 10

20 устанавливается намного меньше, чем у резистора 9, поэтому после включения динистора 6 напряжение на конденсаторе 4 будет незначительным, и при замыкании управляющего контакта 7 ток разряда кон25 денсатора 4 через него небольшой, что увеличивает коммутационную износостойкость управляющего контакта 7. С целью еще большего уменьшения разрядного тока конденсатора 4 через управляющий контакт 7

30 последовательно с ними может быть установлен резистор. Необходимо отметить, что при отсутствии конденсатора 4 устройство будет работоспособным, если номинальные значения резисторов 9 и 10 будут сущест35 венно уменьшены. В данном случае через резистор 9 должен протекать постоянно ток управления тиристорами 1 и 2. Указанный ток должен надежно включать тиристоры во всем допустимом диапазоне температур.

40 Например, у тиристора КУ202 он составляет 100 мА.

Тогда устройство может быть упрощено принципиально, однако резистор 9 будет обладать значительными габаритами, т. к.

45 мощность, выделяемая в нем, составит, например, при номинальном напряжении 220 В порядка десятков Вт, что является неприемлемым не только относительно потребляемой мощности, но и конструктивно,

50 т. к. разместить такой греющий элемент в устройстве сложно, он будет уменьшать диапазон коммутируемых нагрузок основным тиристором 1, т. к. его тепло ухудшит теплоотдачу основного тиристора 1, что по55 требует применения радиаторов с большей поверхностью охлаждения.

Уменьшение тока управления основного тиристора 1 за счет применения тиристоров с меньшим током управления может приве60 сти к тому, что устройство будет непомехоустойчивым, что снизит его надежность.

Диод 16 и резистор .11 устанавливаются в устройстве для защиты тиристоров от перенапряжений при коммутации индуктив65 ных нагрузок.

762180

7

При включении активных нагрузок 5 переключающее устройство (фиг. 2) использует энергию конденсатора 3. Если в качестве вспомогательного тиристора 2 установлен тиристор с небольшим током удержа- 5 ния, т. е. более чувствительный тиристор, который в данном случае на помехоустойчивость и надежность устройства практически не влияет, т. к. когда нагрузка 5 отключена, он открыт, а когда он закрыт, его ю цепь управления зашунтирована цепью управления основного тиристора 1, то мощность, потребляемая устройством будет незначительной. В устройстве (фиг. 2) в качестве токоограничивающего элемента уста- 15 навливается резистор 16. Плавное нарастание тока в управляющем электроде основного тиристора 1 обеспечивается в данном случае нагрузкой 5, если она носит индуктивный характер. Работает устройство в 20 данном случаеаналогично вышеописанному, оно проще по конструкции и обладает высоким быстродействием.

Если нагрузка 5 является активной, то резистор 11, диод 16 через внешние клем- 25 мы 17, 18 подключаются встречно-параллельно вспомогательному тиристору 2. Тогда заряженный конденсатор 3 прй замыкании управляющего контакта 7 разряжается через резистор 12, диод 14, управля- 30 югций контакт 7, управляющий переход основного тиристора 1, диод 16 и резистор

11. При этом к вспомогательному тиристору 2 будет приложено обратное напряжение, и он закроется. После включения ос- 35 новного тиристора 1 конденсатор 3 разряжается через него минуя резистор 12, диод 14, управляющий контакт 7 и управляющий переход основного тиристора 1. В данном процессе включения устройства резистор 12 40 должен устанавливаться более высокоомным, чем резистор 11, что обеспечивается; их подключением через внешние клеммы 17,

18. Ток в цепи управляющего перехода основного тиристора 1 при таком включении 45 не достигает недопустимой величины и обеспечивает надежное включение тиристора 1 при активной нагрузке 5 без подбора для нее "в цепи управления требуемого резистора. ⁵⁰

При индуктивной нагрузке 5 вместо резистора с высокоомным значением, установленного в качестве токоограничивающего элемента, устанавливается низкоомный резистор с помощью внешних клемм 17, 18, 55 т. е. резисторы 11 и 12 меняются местами. Если перенапряжения, гасимые с помощью диода 16 и высокоомного резистора 11, достигнут недопустимой величины, может быть установлен только один диод 16. При 60 индуктивных нагрузках, обладающих значительной постоянной времени и малым номинальным током, резистор 12 может не подключаться, т. к. нагрузка сама обеспечит защиту управляющего перехода основ- 65'

8

ного тиристора 1, т. е. анод диода 14 подключается через внешние клеммы 17, 18

непосредственно к аноду основного тиристора 1. В данном случае резистор 12 может

использоваться в цепочке, гасящей перенапряжения на индуктивной нагрузке 5. Про- цесс выключения устройства аналогичен вышеописанному.

Исходя из вышесказанного следует, что в устройстве конденсатор 3, резисторы 11 и 12, диод 16 используются эффективно и являются унифицированными элементами и позволяют расширить диапазон коммутируемых нагрузок. Конденсатор 4 устанавливается меньших габаритов, т. к. формирует импульсы управления только для вспомогательного тиристора 2, что позволяет уменьшить габариты всего устройства в целом.

Следует отметить, что устройство (.см. фиг. 2) наиболее целесообразно использовать в качестве переключателя, если вместо резистора 8 установлена нагрузка,- номинальное значение тока которой меньше, чем у нагрузки 5. Например, в качестве резистора 8 и нагрузки 5 могут быть установлены лампы накаливания разной мощности, тогда при замыкании и размыкании управляющего контакта' 7 можно изменять освещенность рабочего места.

В устройстве с целью упрощения объяснения работы, устройства на фиг. 1 и 2 не показаны элементы зашиты управляющих переходов тиристоров. Не показан также диод, который может быть установлен встречно-параллельно дросселю, если перенапряжения, возникающие на нем в момент включения основного тиристора, превысят недопустимую величину для основного тиристора.

Claims (3)

1. Формула изобретения

   1. Переключающее устройство, содержащее источник постоянного напряжения, два тиристора, динистор, два конденсатора, три резистора, управляющий контакт и два встречно-последовательно соединенные диода, причем анод первого тиристора через *

   нагрузку подключен к положительному полюсу источника постоянного напряжения и через первый конденсатор к аноду второго тиристора, подключенному к положительному полюсу источника постоянного напряжения через первый резистор, катоды тиристоров соединены с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения и первой обкладкой второго конденсатора, вторая обкладка которого подключена к положительному полюсу источника постоянного напряжения через второй резистор и к управляющему электроду второго тиристора через последовательно соединенные динистор й третий резистор, а управляющий электрод первого тиристора соединен с первым выводом управляющего вдн762180

   10

   такта, отличающеся тем, что, с целью уменьшения габаритов и потребляемой мощности, два встречно-последовательно соединенных диода включены в цепь связи второй обкладки второго конденсатора с анодом первого тиристора, а катоды встречно-последовательно соединенных диодов соединены с вторым выводом управляющего контакта.
2. 2. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что цепь связи из двух встречно-последовательно соединенных диодов подключена к аноду первого тиристора через элемент, ограничивающий изменение тока во времени, например дроссель.
3. 3. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что цепь связи из двух встречно-последовательно соединенных диодов подключена к аноду первого тиристора через четвертый резистор, выводы которого соединены

   с первой и второй выходными клеммами, а

   анод и катод второго тиристора — с треть5 ей и четвертой выходными клеммами, между которыми включена цепочка из последовательно соединенных дополнительного резистора и диода, включенного встречно второму тиристору.