Устройство для бездуговой коммутации цепей постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК H01H9/30 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам коммутации электрической цепи постоянного тока.

Цель изобретения - повышение надежности устройства.

На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг.2 - осциллограмма напряжения на силовом полупроводниковом ключе в процессе выключения индуктивной нагрузки; на фиг.З -осциллограмма тока коллектора силового полупроводникового ключа.

Устройство для бездуговой коммутации цепей постоянного тока содержит силовой полупроводниковый ключ 1, транзистор с резистором, подключенным параллельно базе и эмиттеру, транзистор 2 малой мощности, коллектор которого соединен с базой силового полупроводникового ключа 1, а эмиттер - с эмиттером силового полупроводникового ключа 1, первый резистор 3, включенный между коллектором и базой силового полупроводникового ключа 1,второй резистор 4, включенный между базой и эмиттером транзистора 2 малой мощности, конденсатор 5, включенный между базой и эмиттером транзистора 2 малой мощности, третий резистор 6, включенный между коллектором силового полупроводникового ключа 1 и базой транзистора 2 малой мощности, главные контакты 7 для подключения нагрузки 8 к источнику питания, дополнительные контакты 9, которые подключают ключ 1 к главным контактам 7. При коммутации индуктивной нагрузки силовой ключ 1 шунтируется варистором 10.

Устройство для бездуговой коммутации цепей постоянного тока работает следующим образом.

При включении нагрузки 8 дополнительные контакты 9 замыкаются раньше главных контактов 7. Ток базы силового полупроводникового ключа 1, определяемый сопротивлением резистора 3, переводит в открытое состояние силовой полупроводниковый ключ 1, который шунтирует контакты 7 и замыкает цепь нагрузки 8. Замыкание контактов 7 происходит без дугообразова- ния при открытом силовом полупроводниковом ключе 1. При выключении нагрузки 8 сначала размыкаются контакты 7, ток базы силового полупроводникового ключа 1, определяемый сопротивлением резистора 3, переводит силовой полупроводниковый ключ 1 в открытое состояние, ток нагрузки 8 начинает протекать через контакты 9 и контакты 7 расходятся без дугообразования. Одновременно с началом протекания в цепи базы силового полупроводникового ключа 1 управляющею тока через резистор 6

подается ток заряда конденсатора 5. Емкость конденсатора 5 выбирают исходя из условия обеспечения открытого состояния силового полупроводникового ключа 1 втечение нескольких миллисекунд для расхождения контактов 7 на расстояние, исключающее пробой межконтактного промежутка. Данный процесс обозначен цифрой I на- осциллограммах на фиг.2 и 3. Нео бходи0 мость разделения во времени процессов расхождения контактов 7 и выключения силового полупроводникового ключа 1 обусловлена тем, что время выключения силового полупроводникового ключа 1 в

5 предлагаемом устройстве составляет несколько микросекунд, а время расхождения контактов электромагнитных реле - несколько миллисекунд. Заряд конденсатора 5 до напряжения 0,7-1 В приводит к выклю0 чению силового полупроводникового ключа 1, причем входная характеристика транзистора 2 малой мощности обеспечивает получение траектории выключения силового полупроводникового ключа 1 во времени,

5 близкой к прямоугольной (фиг.З). Это достигается тем, что силовой полупроводниковый ключ 1 выполнен включением по схеме Дарлингтона нескольких транзисторов, поэтому для перевода его в проводящее состояние

0 требуется небольшой по величине ток базы, для отвода из цепи базы силового полупроводникового ключа 1 через коллекторную цепь транзистора 2 малой мощности небольшого по величине тока управления тре5 буется еще более меньший по величине ток в цепи базы транзистора 2 малой мощности, а наличие обратных токов в цепи базы транзистора 2 малой мощности при напряжении на конденсаторе 5, близком к нулю, придает

0 схеме управления силовым полупроводниковым ключом 1 пороговые свойства.

Таким образом, для обеспечения быстрого перевода силового полупроводникового ключа 1 в закрытое состояние использу5 ется изменение направления протекания тока в цепи базы транзистора 2 малой мощности при изменении напряжения на конденсаторе 5 от значения, близкого к нулю, до значения 0,7 - 1 В. При выключении си0 левого полупроводникового ключа 1 во время нарастания напряжения между коллектором и эмиттером силового полупроводникового ключа 1 увеличивается ток через резистор 3, однако при этом ток через

5 резистор 6 также возрастает, что не вызывает повторного включения силового полупро,- водникового ключа 1. При замкнутом состоянии контактов 7 и 9 и при разомкнутом состоянии контактов 7 и 9 конденсатор 5 разряжается до напряжения, близкого к

нулю, и устройство вновь подготовлено для коммутации.

Большая скорость выключения силового полупроводникового ключа 1 в случае коммутации индуктивной нагрузки 8 вызывает появление перенапряжений на силовом полупроводниковом ключе 1. Защита от перенапряжений может быть обеспечена с помощью варистора 10. Процесс рассеяния на варисторе 10 энергии, запасенной в индуктивной нагрузке, обозначен цифрой II на осциллограмме на фиг.2. После завершения процесса рассеяния на варисторе 10 энергии, обусловленной индуктивным характером нагрузки, размыкаются контакты 9. Таким образом, при включении нагрузки 8 контакты 7 должны замыкаться до окончания процесса, обозначенного цифрой I на осциллограмме на фиг.2, при выключении нагрузки 8 контакты 9 должны размыкаться после окончания процесса, обозначенного цифрой II на осцилограмме на фиг.2. В случае коммутации активной нагрузки 8 на осциллограмме отсутствуют процессы, обозначенные цифрой II (фиг.2), варистор 10 в этом случае может быть исключен из схемы.

В выключенном состоянии силового полупроводникового ключа 1 токи утечки, обрываемые контактами 9; определяются, в основном, величиной сопротивления резистора 3. Выполнение силовго полупроводникового ключа 1 включением по схеме Дарлингтона нескольких транзисторов позволяет применить в качестве резистора 3 резистор высокого сопротивления.

Падение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора 2 малой мощности в проводящем состоянии значительно меньше суммы падений напряжений на переходах база - эмиттер транзисторов, включенных по схеме Дарлингтона и образующих силовой полупроводниковый ключ 1, при протекании управляющих токов в цепи базы силового полупроводникового ключа 1,

что обеспечивает надежное запирание силового полупроводникового ключа 1,

Повышение надежности устройства достигается за счет уменьшения времени вы- ключения силового полупроводникового ключа и, соответственно, за счет снижения энергии, выделяющейся в силовом ключе в процессе коммутации нагрузки.

Формула изобретения

Устройство для бездуговой коммутации цепей постоянного тока, содержащее вывод для подключения источника питания и вывод .для подключения нагрузки, главные

контакты, два транзистора, конденсатор и три резистора, причем вывод для подключения источника питания, главные контакты и вывод для подключения нагрузки соединены в последовательную цепь, коллектор

первого транзистора соединен с первым выводом главных контактов, первый вывод указанного конденсатора соединен с первым выводом первого резистора, отличающееся тем, что, с целью повышения

надежности устройства, в него введены дополнительные контакты и четвертый резистор, причем второй вывод указанного контакта соединен с эмиттером второго транзистора, второй вывод указанного первого резистора - с коллектором первого транзистора, база второго транзистора подключена к точке соединения указанного конденсатора с первым резистором, базоэ- миттерный переход второго транзистора зашунтирован вторым резистором, эмиттер второго транзистора соединен с эмиттером первого транзистора, а коллектор указанного второго транзистора через третий резистор соединен с коллектором первого транзистора,.базоэмиттерный переход первого транзистора за шунтирован четвертым резистором, эмиттер первого транзистора через указанный дополнительный контакт соединен с вторым выводом указанных главных

контактов.

1 234567 фиг.2

1 1 3 4 5 6 t, ФигЗ

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для коммутации цепей постоянного тока. Цель изобретения - повышение надежности устройства. При включеФиг.1 нии устройства сначала замыкаются контакты 9, что приводит к включению полупроводникового ключа 1, затем контакта 7. Замыкание контактов 7 происходит без дугообра- зовани я. При отключении нагрузки сначала размыкаются контакты 7, что приводит к включению ключа 1, затем размыкаются контакты 9. Одновременно с включением ключа 1 начинается заряд конденсатора 5, продолжительность которого составляет несколько миллисекунд. Заряд конденсатора до напряжения 0,7 - 1 В приводит к выключению ключа 1, и процесс коммутации тока заканчивается. Повышение надежности устройства достигается за счет уменьшения времени выключения ключа 1 и, соответственно, за счет энергии, выделяющейся в ключе 1 при коммутации тока. 3 ил. # - (Л С о Сл ю