БЕСКОНТАКТНЫЙ РАЗМЫКАТЕЛЬ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2023 года по МПК H03K17/72 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для коммутации силовых цепей постоянного тока, имеющих большую индуктивность без размыкания контактов.

Известен бесконтактный размыкатель цепей постоянного тока [RU 120826 U1, МПК Н03К 17/00 (2006.01), опубл. 27.09.2012], содержащий конденсатор, коммутатор, источник постоянного напряжения, плюсовой вывод которого соединен с первым выводом нагрузки и с катодом вентиля в первую общую точку. Минусовый вывод источника постоянного напряжения соединен с катодом тиристора. Второй вывод нагрузки соединен с анодом вентиля во вторую общую точку, к которой подключен выходной зажим вторичной обмотки трансформатора тока. Входной зажим вторичной обмотки подключен к аноду тиристора, причем первичная обмотка трансформатора тока имеет в 5-10 раз большее число витков, чем вторичная обмотка. Входной зажим вторичной обмотки трансформатора тока и анод тиристора соединены в третью общую точку с выходным зажимом первичной обмотки трансформатора тока и первым зажимом конденсатора. Входной зажим первичной обмотки трансформатора тока соединен в четвертую общую точку со вторым зажимом конденсатора и первым зажимом резистора. Второй зажим резистора подключен к первому зажиму коммутатора, а второй зажим коммутатора подключен к первой общей точке.

Недостатком такого устройства является то, что до размыкания коммутатора ток ветви с источником постоянного напряжения и тиристором растекается по двум параллельным ветвям: по ветви с вторичной обмоткой трансформатора тока и резистором и по ветви с первичной обмоткой трансформатора и нагрузкой. Следовательно, по первому закону Кирхгофа ток, протекающий через источник постоянного напряжения и тиристор, превышает ток в нагрузке на величину тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора тока и резистору. Следовательно, необходим тиристор, рассчитанный на больший ток, чем ток в нагрузке, что приводит к увеличению габаритов устройства и к уменьшению надежности его работы.

Техническим результатом изобретения является уменьшение величины тока, протекающего через тиристор при неизменной величине тока в нагрузке до размыкания коммутатора, уменьшение габаритов устройства и увеличение надежности его работы.

Бесконтактный размыкатель цепей постоянного тока, так же как в прототипе, содержит конденсатор, коммутатор, источник постоянного напряжения, плюсовой вывод которого соединен с первым выводом нагрузки и с катодом вентиля в первую общую точку. Минусовый вывод источника постоянного напряжения соединен с катодом тиристора, а второй вывод нагрузки соединен во вторую общую точку с анодом вентиля и с выходным зажимом вторичной обмотки трансформатора тока, а входной зажим вторичной обмотки трансформатора тока подключен к аноду тиристора. Первичная обмотка трансформатора тока имеет в 5-10 раз большее число витков, чем вторичная обмотка.

Согласно изобретению, входной зажим первичной обмотки трансформатора тока подключен ко второй общей точке, выходной зажим образует третью общую точку с первыми зажимами коммутатора и конденсатора, а вторые зажимы коммутатора и конденсатора подключены в четвертую общую точку с минусовым выводом источника постоянного напряжения и с катодом тиристора.

Благодаря предложенной схеме ток, протекающий через источник постоянного напряжения и нагрузку, до размыкания коммутатора делится по двум параллельным ветвям: через ветвь с вторичной обмоткой трансформатора тока и тиристором и через ветвь с первичной обмоткой трансформатора тока и коммутатор. Следовательно, ток, протекающий через тиристор, меньше тока в нагрузке на величину тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора тока, поэтому для размыкания цепи требуется тиристор меньшей мощности и меньших габаритов, что приводит к уменьшению габаритов заявляемого устройства и к увеличению надежности его работы.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема бесконтактного размыкателя цепей постоянного тока.

На фиг. 2 показаны временные зависимости тока в нагрузке и тока отключения тиристора.

Бесконтактный размыкатель цепей постоянного тока содержит источник постоянного напряжения 1, плюсовой вывод которого включен в первую общую точку с первым выводом нагрузки 2 и с катодом вентиля 3. Анод вентиля 3 образует вторую общую точку со вторым выводом нагрузки 2, с входным зажимом первичной обмотки 4 трансформатора тока и с выходным зажимом вторичной обмотки 5 трансформатора тока. Выходной зажим первичной обмотки 4 трансформатора тока (подключен) включен в третью общую точку с первыми зажимами коммутатора 6 и конденсатора 7. Входной зажим вторичной обмотки 5 трансформатора тока подключен к аноду тиристора 8, катод которого образует четвертую общую точку с минусовым выводом источника постоянного напряжения 1 и вторыми зажимами коммутатора 6 и конденсатора 7.

Устройство работает следующим образом. На тиристор 8 подается управляющий импульс, что приводит его к включению, одновременно замыкается коммутатор 6. Через источник постоянного напряжения 1 и через нагрузку 2 протекает постоянный ток 9 (фиг. 2), который растекается по двум параллельным ветвям: через ветвь с вторичной обмоткой 5 трансформатора тока и тиристором 8 и через ветвь с первичной обмоткой 4 трансформатора тока и коммутатором 6. Поскольку первичная обмотка 4 трансформатора тока имеет в 5 - 10 раз большее число витков, чем вторичная обмотка 5, то из-за разницы активных сопротивлений ток, протекающий через первичную обмотку 4, будет в 5-10 раз меньше тока, протекающего через вторичную обмотку 5 трансформатора тока. В момент времени t₀ размыкается коммутатор 6, ток в первичной обмотке 4 падает до нуля и, благодаря встречному включению обмоток трансформатора тока, во вторичной обмотке 5 формируется импульс тока 10, который за счет коэффициента трансформации обмоток трансформатора тока, превышает по величине ток первичной обмотки 4 в 5-10 раз. В момент времени t₁ импульс тока 10 переходит через ноль и тиристор 8 отключает источник постоянного напряжения 1 от нагрузки 2. Энергия, запасенная в нагрузке 2, при её индуктивном характере, шунтируется вентилем 3. Возникающий импульс перенапряжения на обмотках 4, 5 уменьшается конденсатором 7.

С помощью программы Multisim были проведены исследования бесконтактного размыкателя цепей постоянного тока со следующими параметрами: напряжение источника постоянного напряжения 1-100 В, индуктивность нагрузки 2 - 2 Гн, её активное сопротивление 1 Ом, индуктивность первичной обмотки 4 трансформатора тока - 10 мГн, её активное сопротивление - 1 Ом, индуктивность вторичной обмотки 5 трансформатора тока - 100 мГн, её активное сопротивление - 5 Ом, коэффициент индуктивной связи обмоток 4,5 - 0.8, ёмкость конденсатора 7 - 1 мкФ. До размыкания коммутатора 1 ток в нагрузке 2 - 54,2 А, ток вторичной обмотки 5 трансформатора тока и в тиристоре 8 - 45,2 А, ток первичной обмотки 4 трансформатора тока и в коммутаторе 6 - 9,04 А. Таким образом, до размыкания коммутатора 6, ток в тиристоре 8 был меньше тока в нагрузке 2 на 9,04 А. После размыкания коммутатора 6 ток в тиристоре 8 переходит через нулевое значение до минимального значения минус 10 А, что приводит к устойчивому запиранию тиристора 8.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет использовать тиристор меньшей мощности и меньших габаритов, что приводит к уменьшению габаритов устройства и к увеличению надежности его работы.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для коммутации силовых цепей постоянного тока, имеющих большую индуктивность без размыкания контактов. Бесконтактный размыкатель цепей постоянного тока содержит конденсатор, коммутатор, источник постоянного напряжения, плюсовой вывод которого соединен с первым выводом нагрузки и с катодом вентиля в первую общую точку, минусовый вывод источника постоянного напряжения соединен с катодом тиристора, второй вывод нагрузки соединен во вторую общую точку с анодом вентиля и с выходным зажимом вторичной обмотки трансформатора тока. Входной зажим вторичной обмотки трансформатора тока подключен к аноду тиристора, причем первичная обмотка трансформатора тока имеет в 5-10 раз большее число витков, чем вторичная обмотка. Входной зажим первичной обмотки трансформатора тока подключен ко второй общей точке, выходной зажим образует третью общую точку с первыми зажимами коммутатора и конденсатора, а вторые зажимы коммутатора и конденсатора подключены в четвертую общую точку с минусовым выводом источника постоянного напряжения и с катодом тиристора. Технический результат: уменьшение величины тока, протекающего через тиристор, при неизменной величине тока в нагрузке до размыкания коммутатора, уменьшение габаритов устройства и увеличение надежности его работы. 2 ил.

Бесконтактный размыкатель цепей постоянного тока, содержащий конденсатор, коммутатор, источник постоянного напряжения, плюсовой вывод которого соединен с первым выводом нагрузки и с катодом вентиля в первую общую точку, минусовый вывод источника постоянного напряжения соединен с катодом тиристора, второй вывод нагрузки соединен во вторую общую точку с анодом вентиля и с выходным зажимом вторичной обмотки трансформатора тока, входной зажим вторичной обмотки трансформатора тока подключен к аноду тиристора, причем первичная обмотка трансформатора тока имеет в 5-10 раз большее число витков, чем вторичная обмотка, отличающийся тем, что входной зажим первичной обмотки трансформатора тока подключен ко второй общей точке, выходной зажим образует третью общую точку с первыми зажимами коммутатора и конденсатора, а вторые зажимы коммутатора и конденсатора подключены в четвертую общую точку с минусовым выводом источника постоянного напряжения и с катодом тиристора.