Тиристорный ключ

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 191 02 М 1/08 Н 02 Н 7/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ИДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСК У ого Кра ьный ин Ани 5.4(088,8)о СССР1979,ательнойко, Киев,ис.4-25,едовател нагрузке. С тиристорног возможно л напряжения на но, включение лового блока ные моменты, ч ность возникло ренапряжений г с емкостными э 6 ил. о ключа спишь в дант возможтоков и ггек силовойи можетнтактной то исключа вения сверх ри коммутац лементами. ии нагрузк 2 з.п.Ф-ль роткого за, - К,Ь,Сах питания ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Институт электродинамии Николаевский ордена Трудного Знамени кораблестроитститут им,адм.С.О.Макарова(57) Изобретение относитсяпреобразовательной техникебыть использовано для бесккоммутации с защитой от комыкания и.перегрузок С,К,Сцепей, например в источник электротехнологпческпх установок, висточниках реактивной мощности Вфильтрокомпенсирующих устройствахдля сетей с мощными полупроводниковыми преобразователямц. Целью изобретения является улучшение условий работы и повышение надежности работытиристорного ключа за счет исключения сверхтоков и перенапряжений прикоммутациях нагрузки с емкостнымиэлементами. На входы блока управления 3 поступают сигналы от блока контроля напряжения 5 и блока защиты 4.Блок контроля напряжения 5 вырабатывает .узкие положительные импульсы вмоменты равенства напряжения сети и1280679 Изобретение относится к силовойпреобразовательной технике и можетбыть использовано для бесконтактнойкоммутации с защитой от короткогозамыкания и перегрузок С, КС,КЬС-цепей, например, в источниках питанияэлектротехнологических установок, висточниках реактивной мощности, вфильтрокомпенсирующих устройствахдля сетей с мощными полупроводниковы" 10ми преобразователями.Цель изобретения - улучшение условий работы и повышение надежностиработы тиристорного ключа за счет исключения сверхтоков и перенапряженийпри коммутациях нагрузки с емкостными элементами.На фиг.1 изображена схема тиристорного ключа; на фиг.2 - схема силового блока; на фиг.З - схема управ 20ляющего ключа; на фиг.4 - схема блока контроля напряжения; на фиг.5схема блока управления; на фиг.б -схема блока защиты,25Тиристорный ключ (фиг. 1) состоитиз силового блока 1,электронного управляющего ключа 2, блока 3 управле-,ния, блока 4 защиты, блока 5 контроля напряжения.30Силовой блок 1 (Фиг.2) содержитдва тиристора 6 и 7, включенныхвстречно-параллельно, два диода 8 и9, трансформатор тока ТТ 10, шунтированный резистором 11, ограничительный резистор 12 и предохранитель 13,Силовой блок 1 включен последовательно с нагрузкой 14.Тиристоры управляются широтно-импульсным способом, причем управляющие импульсы формируются из анодныхнапряжений тиристоров 6 и 7, при замыкании управляющего ключа 2 (фиг.З),состоящего из составного транзистора с общим коллектором, состоящегоиз транзисторов 15 и 16, резисторов17 - 19, обеспечивающих нормальныйрежим работы транзисторов 15 и 16и диодного моста на диодах 20 - 23,Одна диагональ диодного моста включена параллельно переходу,коллектор-эмиттер транзисторов 15 и 16, авторая, являющаяся выходом управляющего ключа 2, - в силовой блок, Управляющий ключ открыт для протеканияпеременного тока при подаче положительного напряжения на базу транзистора 15 и заперт, если потенциал базы равен нулю,2Блок 5 контроля напряжения фиг.4) выполнен на резистивных делителях 24 - 27 напряжения, через которые на компаратор 28 с формирующей цепочкой подаются сигналы, пропорциональные напряжению на нагрузке 14, например на конденсаторе, и напряжению сети, к которой эта нагрузка подключается при помощи тиристорного ключа. Компаратор 28 выполнен на основе операционного усилителя 29, резисторов 30 - 32, а формирующая цепочка - на элементах 33 и 34. Выход компаратора 28 соединен с первым блоком оптронной развязкой 35, выполненной на основе элемента И-НЕ 36, оптронной пары 37, резисторов 38 - 40,и составного транзистора, состоящего из транзисторов 41 и 42. На выходе первого блока оптронной развязки 35 установлена дифференцирующая цепочка, состоящая из конденсатора 43 и резистора 44. Выход блока 5 контроля напряжения соединен с блоком 3 управления. Блок 3 управления (Фиг.5) представляет собой логическую схему, выполненную на десяти элементах И-НЕ 45 - 54, причем на элементах И-НЕ 49 и 50 выполнен управляющий КБ-триггер 55, а на элементах И-НЕ 52 и 53 - блокировочный КБ-триггер 56. Резисторы 57-62, конденсаторы 63 и 64 обеспечивают нормальный режим работы логических элементов. Резисторы 65- 68 обеспечивают нормальный режим работы транзисторов 69 и 70.Кнопка "Вкл." 71 соединена с входами элемента И-НЕ 45, выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ 46, второй вход которого соединен с -выходом блокировочного КБ- триггера 56, а выход - со входами элемента И-НЕ 47, выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ 48, второй вход которого соединен с выходом блока 5 контроля напряжения, а выход через Формирующую цепь (конденсатор 63 и резисторы 58 - 60) с К-входом управляющего КБ-триггера 55, выходы Я и О которого соединены соответственно с зеленой ("Вкл." 72) и красной ("Выкл"73) сигнальными лампами через транзисторы 69 и 70. Выход Я управляющего КБ-триггера 55 связан также с К-входом блокировочного КБ-триггера 56 и через вто 1280679рой блок оптронной развязки 74 - со входом управляющего ключа 2.Кнопка "Выкл." 75 соединена с первым входом элемента И-НЕ 53, второй вход которого соединен с выходом бло ка 4 защиты, а выход - со входами элемента И - НЕ 54, выход которого соединен с Я-входом управляющего триггера, Б-вход блокировочного КБ-триггера 56 соединен с кнопкой "Выкл."75 10 и первым входом элемента И-НЕ 53.Второй блок оптронной развязки 74 выполнен на основе элемента И-НЕ 76, оптронной пары 77, резисторов 78 - 80 и составного транзистора на транзисторах 81 и 82.Блок 4 защиты (фиг.6), соединенный с силовым блоком 1 посредством трансформатора тока 10 с шунтированным резистором 11 (фиг.2), представляет собой последовательно соединенные неинвертирующий усилитель 83 переменного напряжения, повторитель , 84 напряжения, прецизионный выпрямитель 85, КС-фильтр 86 и компаратор25 87 с формирующей цепью, выполненныена основе операционных усилителей.Тиристорный ключ работает следующим образом.ЗОПри нажатии кнопки "Выкл."75 логическая схема блока 3 управления приходит в исходное состояние, при котором управляющий триггер 55 имеет состояние Я=О Я =1 блокировочУ Э35 ный триггер при этом имеет состояние Я=О, Я=1. В.исходном состоянии на вход управляющего ключа 2 поступает нулевой сигнал (напряжение равно 0) и управляющий ключ 2 заперт. 40 Следовательно, тиристорный ключ выключен и горит красная лампа 73.На входы блока 3 управления кроме сигналов от кнопок поступают сигналы от блока 5 контроля напряжения и блока 4 зашиты. Эти сигналы формируются следующим образом. На входыкомпаратора 28 блока 5 контроля напряжения поступают сигналы, пропорциональные напряжению на нагрузке (на конденсаторе) и напряжению питающей сети, к которой посредством ти-. ристорного ключа подключается нагрузка. Компаратор 28 с формирующей цепью осуществляет сравнение этих напряжений и фиксацию момента их равенства. Сигнал с компаратора 28 поступает через первый блок оптронной развязки 35 на дифференцирующую цепочку, состоящую из конденсатора 43 и резистора 44, Таким образом, блок 5 контроля напряжения вырабатывает узкие положительные импульсы в моменты равенства напряжения сети и напряжения на нагрузке. Следовательно, включение тиристорного ключа возможно лишь в данные моменты,что исключает воэможность возникновениясверхтоков и перенапряжении при коммутации нагрузки с емкостными элементами,Блок 4 защиты работает следующимобразом. Сигнал, пропорциональныйтоку йагруэки с шунта 11, включенного во вторичную обмотку трансформатора тока 1 О проходит последовательно через неинвертирующий усилитель83 переменного напряжения, повторитель 84 напряжения, прецизионный выпрямитель 85, С выхода выпрямителя85 сигнал через КЯ-фильтр 86 поступает на первый вход компаратора 87с формирующей цепочкой, на второй,вход которого подается напряжение0 уставки. Если напряжение сигнала 0 -. 11 , то напряжение на выходе комгаратора равно +5 В, т,е. логической единице. В этом случае возможно включение тиристорного ключанажатием кнопки "Вкл."71, так каксигнал с выхода блока 4 защиты (вданном случае логическая единица) поступает в блок 3 управления и навторой вход элемента И-НЕ 53. Еслив результате короткого замыкания или1перегрузки 0У , то напряжениена выходе компаратора 87 становитсяравным нулю (логический нуль). Этотсигнал через элементы И-НЕ 53 и 54поступает на вход управляющего триггера 55 и последний переходит в ис -ходное состояние, что приводит квыключению тиристорного ключа (еслион был включен).При нажатии кнопки "Вкл."71 и поступления узкого положительного импульса от блока 5 контроля напряжения на второй вход элемента И-НЕ 48,триггеры 55 и 56 переходят в противоположное состояние, т.е. триггер55 находится в состоянии Я = 1, Я=О,а триггер 56 находится в состоянии0=1, =0. На вход управляющего ключа2 поступает положительное отпирающее напряжение, что приводит к егооткрыванию и включению тиристорногоключа, Красная лампа 73 выключается, 1280679а зеленая лампа 72 загорается. Одновременно на выходе блокировочного триггера 56 Ц=О, сигнал поступает на второй вход элемента И-НЕ 46 и блокирует схему управления, т.е. исключа ет возможность повторного включения без предварительного нажатия кнопки "Выкл." 75.Таким образом, повторное включение тиристорного ключа может про О изойти только при поступлении импульса от блока 5 контроля напряжения, т.е. при равенстве напряжений на нагрузке и в сети.При поступлении на второй вход элемента И-НЕ 53 сигнала, соответствующего логическому нулю (при срабатывании защиты), управляющий триггер 55 переходит в исходное состояние Я=О, Я=1, а на вход управляющего ключа 2 поступает нулевой сигнал, что обеспечивает выключение тиристорного ключа и соответствующее срабатывание сигнализации.Формула изобретения1. Тиристорный ключ, содержащий силовой блок, выполненный на двух встречно-параллельно соединенных тиристорах и двух диодах и предназначенный для включения последовательно с нагрузкой, управляющий ключ, выход которого соединен с входом силового блока, выход которого соединен со входом блока защиты, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью улучшения условий работы и повышения надежности работы тиристорного ключа за счет исключения сверхтоков и перенапряжений при коммутациях нагрузки с емкостными элементами, в тиристорный ключ введен блок контроля напряжения, включающий в себя датчик напряжения сети, датчик напряжения на нагрузке, компаратор с формирующей цепочкой, первый блок оптронной развязки и дифференцирующую цепочку, а блок управления включает в себя уп- равляющий КБ-триггер, блокировочный КБ-триггер, кнопку "Вкл,", кнопку "Выкл.", формирующую КБ-цепочку, шесть элементов И-НЕ и второй блок оптронной развязки, причем выход датчика напряжения сети и выход датчика напряжения на нагрузке подключены к соответстВующим входам компаратора с формирующей цепочкой, выходкоторого через первый блок оптронной развязки подключен к входу дифференцирующей цепочки, выход которойиспользован в качестве выхода блока контроля напряжения, кнопка "Вкл. соединена со входами первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И - НЕ, выход которого соединен со входами третьего элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И-НЕ, второй вход которого использован в качестве первого входа блока управления и соединен с выходом блока контроля напряжения, выход четвертого элемента ИНЕ через формирующую КБ-цепочку соединен с К-входом управляющего КБ- триггера, выход Я которого соединен с К-входом блокировочного КБ-триггера и через второй блок оптронной развязки, выход которого использован вкачестве выхода блока управления,соединен с входом управляющего ключа, кнопка Выкл. соединена с Я-входомблокировочного КБ-триггера, выход Якоторого соединен со вторым входомвторого элемента И-НЕ, и с первымвходом пятого элемента И-НЕ, второйвход которого использован в качествевторого входа блока управления и соединен с выходом блока защиты, а выход пятого элемента И-НЕ соединен совходами шестого элемента И-НЕ, выход которого соединен с Б-входом управляющего КБ-триггера. 2. Тиристорный ключ по п.1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что управляющий ключ включает в себя составной транзистор с общим коллектором, база которого использована в качестве входа управляющего ключа, в переход коллектор-эмиттер которого включена первая диагональ диодного моста, вторая диагональ которого использована в качестве выхода управляющего ключа.1280679 71 ставитель О.Мещеряковахред П.Сердюкова Корректор Л.Пилипенко Редак еви Тираж 631 Подписно НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5