RU67798U1 - RESONANT DC CIRCUIT SWITCH - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к импульсной технике и может применяться для коммутации цепей постоянного тока имеющих индуктивную нагрузку.The utility model relates to pulsed technology and can be used for switching DC circuits having an inductive load.

Техническим результатом при использовании полезной модели является уменьшение габаритов устройства и увеличение надежности его работы. Указанный технический результат достигается тем, что в резонансный коммутатор цепей постоянного тока, содержащий источник постоянного напряжения, тиристор, параллельно соединенные диод и нагрузку, выключатель и конденсатор, плюсовой вывод источника постоянного напряжения соединен с анодом тиристора, катод которого соединен с первым выводом нагрузки и с катодом диода, второй вывод нагрузки соединен с анодом диода и первым выводом вторичной обмотки понижающего трансформатора, второй вывод которой подключен к минусовому выводу источника постоянного напряжения. Первичная обмотка понижающего трансформатора включена последовательно с конденсатором, источником переменного напряжения и выключателем и образует с ними последовательный резонансный контур.The technical result when using the utility model is to reduce the dimensions of the device and increase the reliability of its operation. The specified technical result is achieved by the fact that in the resonant switch of direct current circuits containing a constant voltage source, a thyristor, a diode and a load connected in parallel, a switch and a capacitor, the positive output of a constant voltage source is connected to the thyristor anode, the cathode of which is connected to the first output terminal and cathode of the diode, the second terminal of the load is connected to the anode of the diode and the first terminal of the secondary winding of the step-down transformer, the second terminal of which is connected to the negative terminal of the source and DC voltage. The primary winding of the step-down transformer is connected in series with a capacitor, an alternating voltage source and a switch and forms a series resonant circuit with them.

2 ил.2 ill.

Description

Полезная модель относится к импульсной технике и может применяться для коммутации силовых цепей постоянного тока имеющих большую индуктивность без размыкания контактов.The utility model relates to a pulse technique and can be used for switching DC power circuits having a large inductance without opening the contacts.

Известно, что для замыкания цепей постоянного тока широко применяются тиристоры. Известно также, что отключение тиристора невозможно без перехода тока через нулевое значение и поэтому приходится применять различные электромеханические устройства (размыкатели, разъединители и т.д.), что значительно усложняет конструкцию коммутирующей аппаратуры, увеличивает ее габариты и стоимость.It is known that thyristors are widely used to close DC circuits. It is also known that turning off the thyristor is impossible without passing the current through the zero value and therefore it is necessary to use various electromechanical devices (breakers, disconnectors, etc.), which greatly complicates the design of the switching equipment, increases its size and cost.

Известен тиристорный выключатель постоянного тока [В.И.Стульников, П.И.Лапченко и др. // Тиристоры в электроустановках / Киев, изд. Техника, 1967, с.94], выбранный в качестве прототипа, содержащий источник постоянного напряжения, тиристор, нагрузку, диод, конденсатор, балластное сопротивление, первый и второй коммутаторы, включенные таким образом, что плюсовой вывод источника соединен с катодом диода, с первым выводом нагрузки и первым выводом балластного сопротивления, второй вывод балластного сопротивления подключен к первому выводу конденсатора и к первым выводам первого и второго коммутаторов, второй вывод конденсатора подключен к второму выводу нагрузки, аноду диода и к катоду тиристора. Управляющий электрод тиристора подключен к второму выводу первого коммутатора, а катод тиристора подключен к минусовому выводу источника и к второму выводу второго коммутатора.Known thyristor DC switch [V.I. Stulnikov, P.I. Lapchenko and others // Thyristors in electrical installations / Kiev, ed. Technique, 1967, p. 94], selected as a prototype, containing a constant voltage source, thyristor, load, diode, capacitor, ballast, first and second switches, connected in such a way that the positive output of the source is connected to the cathode of the diode, with the first the load terminal and the first ballast terminal, the second ballast terminal is connected to the first terminal of the capacitor and to the first terminals of the first and second switches, the second terminal of the capacitor is connected to the second terminal of the load, the diode anode but also to the cathode of the thyristor. The thyristor control electrode is connected to the second terminal of the first switch, and the thyristor cathode is connected to the negative terminal of the source and to the second terminal of the second switch.

Недостатком такого устройства является то, что конденсатор, предназначенный для отключения тиристора при замыкании второго коммутатора заряжен только до величины напряжения источника и при размыкании сильноточных цепей требуется большая величина емкости конденсатора. Расчеты проведенные с помощью программы Electronics Workbench показывают, что при размыкании цепи с током 500 А и напряжением источника 200 В требуется конденсатор с емкостью 18000 мкФ, что значительно увеличивает габариты устройства. Другим недостатком данного устройства является то, что при разряде конденсатора импульс тока проходит через тиристор и одновременно через источник и нагрузку, что может привести к выходу из строя измерительной аппаратуры, следовательно, уменьшается надежность работы устройства.The disadvantage of this device is that the capacitor designed to turn off the thyristor when the second switch closes is charged only to the source voltage and when opening high-current circuits, a large capacitor capacitance is required. Calculations performed using the Electronics Workbench program show that when the circuit is opened with a current of 500 A and a voltage of 200 V, a capacitor with a capacity of 18,000 μF is required, which significantly increases the dimensions of the device. Another disadvantage of this device is that when the capacitor is discharged, a current pulse passes through the thyristor and simultaneously through the source and load, which can lead to failure of the measuring equipment, therefore, the reliability of the device.

Задачей полезной модели является уменьшение габаритов устройства и увеличение надежности его работы.The objective of the utility model is to reduce the dimensions of the device and increase the reliability of its operation.

Данная задача достигается тем, что в резонансный коммутатор цепей постоянного тока, также как в прототипе содержащий источник постоянного напряжения, тиристор, параллельно соединенные диод и нагрузку, выключатель и конденсатор, согласно полезной модели плюсовой вывод источника постоянного напряжения соединен с анодом тиристора, катод которого соединен с первым выводом нагрузки и с катодом диода, второй вывод нагрузки соединен с анодом диода и первым выводом вторичной обмотки понижающего трансформатора, второй вывод которой подключен к минусовому выводу источника постоянного напряжения. Первичная обмотка понижающего трансформатора включена последовательно с конденсатором, источником переменного напряжения и выключателем и образует с ними последовательный резонансный контур.This task is achieved by the fact that in the resonant switch of direct current circuits, as in the prototype, it contains a constant voltage source, a thyristor, a diode and a load connected in parallel, a switch and a capacitor, according to a useful model, the positive output of a constant voltage source is connected to the thyristor anode, the cathode of which is connected with the first terminal of the load and with the cathode of the diode, the second terminal of the load is connected to the anode of the diode and the first terminal of the secondary winding of the step-down transformer, the second terminal of which is connected to the negative terminal of the DC voltage source. The primary winding of the step-down transformer is connected in series with a capacitor, an alternating voltage source and a switch and forms a series resonant circuit with them.

Полезная модель имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:The utility model has the following advantages over the prototype device:

1. Применение понижающего трансформатора вторичная обмотка которого включена первым выводом к второму выводу нагрузки и аноду диода, а вторым выводом к минусовому выводу источника постоянного напряжения позволяет генерировать импульсы тока в нагрузке при переходе которых через нулевое значение отключается тиристор и осуществляется размыкание силовой части схемы.1. The use of a step-down transformer whose secondary winding is connected by the first terminal to the second terminal of the load and the anode of the diode, and the second terminal to the negative terminal of the DC voltage source, allows generating current pulses in the load when the thyristor is switched through the zero value and the power part of the circuit is disconnected.

2. Включение источника переменного напряжения последовательно с первичной обмоткой понижающего трансформатора, конденсатором и выключателем, образующих последовательный резонансный контур, позволяет использовать явление резонанса напряжений для получения напряжения на первичной обмотке понижающего трансформатора в несколько раз превышающее напряжение источника переменного напряжения, что позволяет значительно снизить габариты источника переменного напряжения и увеличить надежность работы устройства в целом.2. Turning on the AC voltage source in series with the primary winding of the step-down transformer, a capacitor and a switch forming a series resonant circuit allows the use of the voltage resonance phenomenon to obtain voltage on the primary winding of the step-down transformer several times higher than the voltage of the AC voltage source, which can significantly reduce the dimensions of the source AC voltage and increase the reliability of the device as a whole.

3. Применение резонансной схемы позволяет также существенно уменьшить габариты конденсатора по сравнению с габаритами конденсатора в устройстве прототипа.3. The use of a resonant circuit also allows you to significantly reduce the dimensions of the capacitor compared with the dimensions of the capacitor in the prototype device.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства, на фиг.2 - диаграммы токов.Figure 1 presents a schematic electrical diagram of the device, figure 2 is a diagram of currents.

Устройство содержит источник постоянного напряжения 1, плюсовой вывод которого подключен к аноду тиристора 2, катод которого соединен с первым выводом нагрузки 3 и с катодом диода 4, второй вывод нагрузки 3 соединен с анодом диода 4 и с первым выводом вторичной обмотки понижающего трансформатора 5, второй вывод The device contains a constant voltage source 1, the positive output of which is connected to the anode of the thyristor 2, the cathode of which is connected to the first output of the load 3 and to the cathode of the diode 4, the second output of the load 3 is connected to the anode of the diode 4 and to the first output of the secondary winding of the step-down transformer 5, the second output

вторичной обмотки понижающего трансформатора 5 соединен с минусовым выводом источника постоянного напряжения 1. Первый вывод первичной обмотки трансформатора напряжения 5 подключен к первой обкладке конденсатора 6, второй вывод первичной обмотки понижающего трансформатора 5 подключен к первому выводу выключателя 7, второй вывод которого подключен к первому выводу источника переменного напряжения 8, а второй вывод источника переменного напряжения 8 подключен ко второй обкладке конденсатора 6.the secondary winding of the step-down transformer 5 is connected to the negative terminal of the DC voltage source 1. The first terminal of the primary winding of the voltage transformer 5 is connected to the first plate of the capacitor 6, the second terminal of the primary winding of the step-down transformer 5 is connected to the first terminal of the switch 7, the second terminal of which is connected to the first terminal of the source AC voltage 8, and the second output of the AC voltage source 8 is connected to the second plate of the capacitor 6.

На фиг.2 изображена диаграмма постоянного тока 9 протекающего через тиристор 2 и нагрузку 3, а также импульс тока 10, сформированный во вторичной обмотке понижающего трансформатора 5.Figure 2 shows a diagram of a direct current 9 flowing through a thyristor 2 and a load 3, as well as a current pulse 10 generated in the secondary winding of a step-down transformer 5.

Устройство работает следующим образом. При подаче управляющего импульса на тиристор 2, источник постоянного напряжения 1 подключается к нагрузке 3 и по цепи источник 1 - тиристор 2 - нагрузка 3 - вторичная обмотка понижающего трансформатора 5 протекает постоянный ток 9. Для отключения нагрузки 3 от источника 1 в момент времени t₀ замыкается выключатель 7 и по цепи через последовательно включенные источник переменного напряжения 8, конденсатор 6 и первичную обмотку понижающего трансформатора 5, настроенных на резонанс напряжений, протекает переменный синусоидальный ток, который индуктирует во вторичной обмотке понижающего трансформатора 5 переменный ток 10. Поскольку обмотки понижающего трансформатора 5 всегда включены встречно, то во вторичной обмотке вначале индуктируется отрицательная полуволна переменного напряжения. Переменный ток 10 накладывается на постоянный ток 9 и в момент времени t₁ ток в нагрузке 3 и в тиристоре 2 переходит через нулевое значение. Тиристор 2 отключается и отключает силовую цепь нагрузки 3 от источника постоянного тока 1. Энергия запасенная в нагрузке 3 при индуктивном ее характере шунтируется диодом 4. После этого размыкается выключатель 7 и устройство приходит в первоначальное состояние. Благодаря резонансу напряжений в первичной обмотке понижающего трансформатора 5 возникает напряжение в несколько раз превышающее номинальное напряжение источника переменного напряжения 8, что позволяет осуществлять коммутацию сильноточных цепей постоянного тока при незначительных габаритах цепи переменного тока. Исследования данного устройства проведенные с помощью программы Electronics Workbench показали, что размыкание аналогичной прототипу цепи с индуктивной нагрузкой 5 Гн, напряжением источника 200 В и постоянным током в 500 А производится источником переменного напряжения 200 В и переменным током 50 А.The device operates as follows. When a control pulse is applied to thyristor 2, the constant voltage source 1 is connected to load 3 and the source 1 — thyristor 2 — load 3 — secondary winding of the step-down transformer 5 flows through the circuit 9. To disconnect load 3 from source 1 at time t ₀ circuit breaker 7 closes and an alternating sinusoidal current flows, which is inductance, through the circuit through series-connected source of alternating voltage 8, capacitor 6 and primary winding of step-down transformer 5, tuned to voltage resonance iruet down in the secondary winding of the transformer 5, an alternating current winding 10. Since the step-down transformer 5 are always on the counter, the first secondary winding induces an alternating voltage negative half-wave. Alternating current 10 is superimposed on direct current 9 and at time t _{1 the} current in load 3 and in thyristor 2 passes through a zero value. Thyristor 2 is turned off and disconnects the power circuit of the load 3 from the direct current source 1. The energy stored in the load 3 with its inductive nature is shunted by the diode 4. After that, the switch 7 opens and the device returns to its original state. Due to the resonance of the voltage in the primary winding of the step-down transformer 5, a voltage several times higher than the rated voltage of the AC voltage source 8 occurs, which allows switching of high-current DC circuits with small dimensions of the AC circuit. Studies of this device using the Electronics Workbench program showed that the opening of a circuit similar to the prototype with an inductive load of 5 G, a source voltage of 200 V and a direct current of 500 A is produced by an alternating voltage source of 200 V and an alternating current of 50 A.

Claims (1)

Резонансный коммутатор цепей постоянного тока, содержащий источник постоянного напряжения, тиристор, параллельно соединенные диод и нагрузку, выключатель и конденсатор, отличающийся тем, что плюсовой вывод источника постоянного напряжения соединен с анодом тиристора, катод которого соединен с первым выводом нагрузки и с катодом диода, второй вывод нагрузки соединен с анодом диода и первым выводом вторичной обмотки понижающего трансформатора, второй вывод которой подключен к минусовому выводу источника постоянного напряжения, а первичная обмотка понижающего трансформатора включена параллельно с конденсатором и ветвью, содержащей последовательно соединенные источник переменного напряжения и выключатель и образует с ними параллельный резонансный контур.

Resonant DC circuit switch containing a constant voltage source, a thyristor, a diode and a load connected in parallel, a switch and a capacitor, characterized in that the positive output of the constant voltage source is connected to the thyristor anode, the cathode of which is connected to the first output terminal and to the cathode of the diode, the second the load terminal is connected to the anode of the diode and the first terminal of the secondary winding of the step-down transformer, the second terminal of which is connected to the negative terminal of the DC voltage source, and the first The primary winding of the step-down transformer is connected in parallel with the capacitor and the branch containing the alternating voltage source and the circuit breaker in series and forms a parallel resonant circuit with them.