Прерыватель постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК H03K17/56 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для коммутации постоянного тока в цепях с различными типами нагрузок, например, сверхпроводящая индуктивность.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей прерывателя постоянного тока за счет исключения влияния основного источника питания на заряд коммутирующего конденсатора и осуществления отключения нагрузки при ее переходе из одного состояния в другое, например из состояния сверхпроводимости в нормальное состояние.

На фиг. 1 представлена схема прерывателя постоянного тока; на фиг. 2 - форма выполнения блока развязки.

Прерыватель постоянного тока содержит рабочий 1 и коммутирующий 2 тиристоры, диод 3, конденсатор 4, дроссель 5, блок 6 управления, блок 7 отключения, датчик 8 напряжения, автономное зарядное устройство 9,- блок 10 развязки, компаратор 11, блок 12 ограничения длительности сигнала, триггер 13, катод рабочего тиристора 1 подключен к первому входу датчика 8 напряжения, к первому выводу нагрузки 14, например, сверхпроводящей индуктивности и к аноду диода 3, катод которого соединен с первой шиной 15 питания и анодом коммутирующего тиристора 2, управляющий переход рабочего тиристора 1 подключен к блоку 6 управления, второй вывод нагрузки 14 соединен с второй шиной 16 питания, катод коммутирующего тиристора 2 через дроссель 5 подключен к первому выводу конденсатора 4 и второму входу датчика 8 напряжения, первый вход которого соединен с вторым выводом конденсатора 4, автономное зарядное устройство 9 подключено параллельно конденсатору 4, выход датчика 8 напряжения соединен с входом блока 10 развязки, выход которого подключен к входам компаратора 11 и блока 12 ограничения длительности сигнала, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами триггера 13, выход которого подключен к входу блока 7 отключения, выходы которого соединены с управляющим переходом коммутирующего тиристора 2, анод рабочего тиристора 1 подключен к первой шине 15 питания.

Кроме того, прерыватель постоянного тока содержит датчик 17 перехода, вход и выход которого подключены соответственно к нагрузке 14 и входу блока 12 ограничения длительности сигнала.

Блок 10 развязки содержит независимый задающий генератор 18, однофазный инвертор 19 напряжения и выпрямитель 20,

вход независимого задающего генератора 18 подключен к входу блока 10 развязки, а выход - к входу однофазного инвертора 19 напряжения, выход которого через выпрямитель 20 соединен с выходом блока 10 развязки.

Прерыватель постоянного тока работает следующим образом.

Прерыватель постоянного тока работа0 ет в двух режимах: подключения нагрузки к источнику питания и обесточивания нагрузки.

В первом режиме прерыватель работает следующим образом, К моменту включе5 ния рабочего тиристора 1 конденсатор 4 заряжен согласно полярности, указанной на фиг. 1, от автономного зарядного устройства 9. Остальные элементы силовой схемы обесточены. После заряда конденсатора 4

0 включается питание блока 10 развязки, компаратора 11, блока 12 ограничения длительности сигнала, триггера 13, датчика 17 перехода, а также блоков 6 и 7 управления и отключения.

5Включение прерывателя постоянного

тока осуществляется подачей импульса из блока 6 управления на управляющий переход рабочего тиристора 1. Последний, включаясь, замыкает цепь между источником

0 питания и нагрузкой 14.

В этом режиме до тех пор, пока напряжение на конденсаторе 4 превышает минимально допустимое значение, при котором разряд конденсатора 4 по цепи разряда ти5 ристоры 1 и 2 -дроссель 5 сопровождается гарантированным запиранием тиристора 1, на выходе триггера 13 отсутствует сигнал, управляющий блоком 7 отключения (включающий коммутирующий тиристор 2), пре0 рывателя постоянного тока. Если материал, из которого выполнена катушка индуктивности, находится в сверхпроводящем состоянии, на выходе датчика 17 перехода, контролирующего состояние сверхпровод5 ника, отсутствует сигнал управления.

Во втором режиме разрыв цепи с током осуществляется прерывателем оперативно (кнопкой на блоке 7 отключения) либо автоматически.

0 При автоматическом отключении сигнал на отключение формируется либо датчиком 8 напряжения (при уменьшении напряжения на конденсаторе 4 до минимально допустимого значения), либо датчиком 17

5 перехода в случае, если какой-либо контролируемый участок сверхпроводника переходит в нормальное состояние.

В первом случае постоянное напряжение, формируемое на выходе датчика 8 напряжения, подается через блок 10 развязки

на входы компаратора 11 и блока 12 ограничения длительности сигнала. Компаратор 11 осуществляет сравнение поступэемого с выхода блока 10 развязки постоянного напряжения, пропорционального напряже- нию на коммутирующем конденсаторе 4, с заданным напряжением уставки, соответствующим минимально допустимому напряжению на конденсаторе 4. До тех пор, пока выходное напряжение блока 10 развязки превышает напряжение уставки, выходной сигнал компаратора 11 (соответствующий логическому О) устанавливает триггер 13 в положение, при котором выходной сигнал триггера, соответствующий логическому О, не включает блок 7 отключения. Поэтому тиристор 2 закрыт. Включенный от блока 6 рабочий тиристор 1 замыкает цепь между источником питания и нагрузкой 14.

В момент, когода напряжение на выхо- де блока 10 развязки достигнет уровня напряжения уставки или опустится ниже его (сигнал логической 1), выходной сигнал компаратора 11 переключает триггер 13 в положение, при котором выходной сигнал триггера 13, соответствующий логической 1, включает блок 7 отключения и соответственно коммутирующий тиристор 2. При этом конденсатор 4, разряжаясь на дроссель 5, запирает рабочий тиристор 1. Поляр- ность напряжения на конденсаторе 4 меняется на противоположную той, что указана на фиг. 1..Это создает необходимые условия для запирания тиристора 2.

Для приведения прерывателя постоян- ного тока в исходное состояние (тиристор 2 закрыт, конденсатор 4 заряжен согласно полярности, указанной на фиг. 1) необходимо, чтобы длительность выходного сигнала триггера 13, соответствующего логической 1, не превышала длительности перезаряда конденсатора 4. В этом случае создается еще одно необходимое условие для быстрого запирания тиристора 2, в противном случае отпирающий сигнал с блока 7 отключения препятствует запиранию тиристора 2. Если тиристор 1 не скоммутирован и тиристор 2 открыт, то образуется цепь для протекания тока автономное зарядное устройство 9 - тиристор 1 - тиристор 2 - дрос- сель 5. С целью ограничения длительности выходного сигнала в прерыватель постоянного тока введен блок 12 ограничения длительности сигнала, который по истечении заданного времени с момента прохождения сигнала 1 с блока 10 развязки, заведомо меньшего времени перезаряда конденсатора 4, формирует импульс, переключающий триггер 13 в положение, при котором на его выходе вырабатывается сигнал, соответствующий логическому О. И теперь формирование повторного сигнала 1 на выходе триггера 13 возможно только после перезаряда конденсатора 4 до напряжения с исходной полярностью. Отсюда следут. чго с момента снижения напряжения заряда конденсатора 4 до минимально допустимого уровня и в течение перезаряда его до исходного напряжения с указанной на фиг. 1 по- лярностью формируется лишь один управляющий импульс для коммутирующего тиристора 2, что создает благоприятные условия для его запирания в момент перезаряда конденсатора 4 до напряжения, имеющего полярность, противоположную указанной на фиг. 1. С указанного момента времени и до момента, когда напряжение на конденсаторе 4 перезарядится до исходного уровня, на выходе блока 10 развязки сигнал отсутствует, а на выходе триггера 13 - сигнал логичесий О.

Во втором случае переход какого-либо контролируемого участка сверхпроводника в нормальное состояние сопровождается формированием на выходе датчика 17 перехода сигнала, который подается на входы компаратора 11 и блока 12 ограничения длительности сигнала и далее через триггер 13 и блок 7 отключения включает коммутирующий тиристор 2, замыкающий цепь разряда конденсатора 4. При этом запирается тиристор 1, а после перезаряда конденсатора 4 -тиристор 2. Возврат.прерывателя постоянного тока в исходное состояние, а также порядок работы компаратора 11, блока 12 ограничения длительности сигнала и триггера 13 при прохождении сигнала сдатчика 17 перехода таковы, как были описаны выше.

Надежность и функциональные возможности предлагаемого прерывателя постоянного тока , чем у известных, за счет исключения влияния основного источника питания на заряд коммутирующего конденсатора и осуществления отключения нагрузки при ее переходе из одного состояния в другое, например из состояния сверхпроводимости в нормальное состояние.

Формула изобретения

1. Прерыватель постоянного тока, содержащий рабочий и коммутирующий тири- сторы, диод, конденсатор, дроссель, блок управления, блок отключения, датчик напряжения, катод рабочего тиристора подключен к первому входу датчика напряжения, к первому выводу нагрузки и аноду диода, катод которого соединен с первой шиной питания и анодом коммутирующего тиристора, управляющий переход рабочего тиристор т подключен к блоку управления, второй вывод нагрузки соединен

с второй шиной питания, отличающий- с я тем, что, с целью повышения надежности, введены автономное зарядное устройство, блок развязки, компаратор, блок ограничения длительности сигнала и триггер, катод коммутирующего тиристора через дроссель подключен к первому выводу конденсатора и второму входу датчика напряжения, первый вход которого соединен с вторым выводом конденсатора, автономное зарядное устройство подключено параллельно конденсатору, выход датчика напряжения соединен с входом блока развязки, выход которого подключен к входам компаратора и блока ограничения длительности сигнала, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами триггера, выход которого подключен к входу блока отключения, выходы которого соединены с управляющим переходом коммутирующего тиристора, анод рабочего тиристора подключен к первой шине питания.

2.Прерыватель по п. 1, отличаю- щ и и с я тем, что блок развязки содержит

независимый задающий генератор, однофазный инвертор напряжения и выпрямитель, вход независимого задающего генератора подключен к входу блока развяз- ки, а выход - к входу однофазного инвертора напряжения, выход которого через выпрямитель соединен с выходом блока развязки.

3.Прерыватель по пп. 1 и 2, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью расширения

функциональных возможностей, введен датчик перехода, вход и выход которого подключены соответственно к нагрузке и входу блока ограничения длительности сигнала.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для коммутации постоянного тока в цепях с различными типами нагрузок. Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей прерывателя постоянного тока путем исключения влияния основного источника питания на заряд коммутирующего конденсатора и осуществления отключения нагрузки при ее переходе из одного состояния в другое. К моменту включения тиристора 1 конденсатор 4 заряжен от автономного зарядного устройства 9. Когда напряжение на выходе блока 10 развязки достигнет напряжения уставки компаратора 11, на его выходе появляется логическая 1, которая включает блок 7 отключения и коммутирующий тиристор 2. При этом конденсатор 4, разряжаясь на дроссель 5. запирает тиристор 1. При переходе нагрузки 14 из одного состояния в другое на выходе датчика 17 появляется сигнал, который приводит к включению тиристора 2 и выключению тиристора 1. 2 з.п.ф-лы, 2 ил. (/ С о vj с о 00 Ь

20

19

18

Фиг. 2