Устройство для поглощения энергии индуктивного элемента, коммутируемого в электрической цепи постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК H01H5/00 B60L1/00 

Изобретение относится к передаче электрической энергии между цепями электрооборудования транспортных средств (электровозы, тепловозы, дизель-поезда), имеющими индуктивное сопротивление, в частности от источника электрической энергии постоянного тока (аккумуляторная батарея, электромашинный генератор, выпрямитель) к катушкам контакторов, реле и электропневматических вентилей, к обмоткам возбуждения электрических машин.

Известен ряд устройств для поглощения энергии индуктивного элемента, коммутируемого в электрической цепи постоянного тока. В этих устройствах после размыкания цепи индуктивного элемента его энергия поглощается при помощи нелинейных ( варисторов .стабилитронов) или линейных резисторов, конденсаторов и затем рассеивается в виде тепла.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, в котором энергия индук- тивного элемента поглощается конденсатором и цепью, состоящей из последовательно соединенных диода и резистора.

Известное устройство не обеспечивает оптимальное поглощение энергии индуктивного элемента, так как при большом сопротивлении резистора поглощающей цепи в момент размыкания цепи индуктивного элемента возникают на нем перенапряжения. Если уменьшить сопротивление этого резистора, то возрастает время убывания тока в цепи индуктивного элемента после отключения его от источника электрической энергии.

Целью изобретения является повышение эффективности поглощения энергии индуктивного элемента путем снижения времени убывания тока в цепи индуктивносо С

СП

ел со кэ о

го элемента без увеличения на нем перенапряжения.

Сущность изобретения сводится к следующему. Известное устройство, которое имеет конденсатор и диод с токоограничи- вающим резистором в своей цепи, дополняют транзистором, стабилитроном и резистором смещения. Цепь коллектор- эмиттер транзистра включена последовательно с токоограничивающим резистором. Резистор смещения включен между выводами базы и эмиттора транзистора, а стабилитрон находится в общей цепи резистора смещения и цепи база-эмиттер транзистора. В схеме устройства для поглощения энергии транзистор выполняет функции резистора, сопротивление которого по мере убывания тока в цепи индуктивного элемента растет, обеспечивая оптимальное сопротивление цепи, поглощающей энергию индуктивного элемента после его отключения от источника тока. В результате без увеличения перенапряжения на индуктивном элементе уменьшается время убывания тока в его цепи после отключения источника электрической энергии.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

На чертеже показаны источник 1 постоянного тока, контакт 2 коммутирующего элемента (реле, контактора который коммутирует цепь между источником 1 и индуктивным элементом 3, и устройство для поглощения энергии элемента 3 после его отключения от источника 1. Это устройство состоит из диода 4, токоограничивающего резистора 5, транзистора б, стабилитрона 7, резистора 8 смещения, конденсатора 9, первого 10 и второго 11 выводов для под- ключения к индуктивному элементу 3.

Устройство работает в следующей последовательности.

После замыкания контакта 2 напряжение источника 1, которое имеет показанную на схеме полярность, прикладывается индуктивному элементу 3 и протекает кж в цепи этого элемента. Его напряжение имеет полярность, которая показана на схеме и является обратной по отношению к право- дящему направлению диода 4. Поэтому в рассматриваемом режиме напряжение индуктивного элемента 3 прикладывается к диоду 4 и гоки в цепях устройства для поглощения энергии не протекают.

После размыкания контакта 2 ток из его цепи переходит в цепь диода 4 и дальше протекает под действием напряжения (ЭДС самоиндукции) индуктивного элемента 3. При этом его напряжение имеет полярность, противоположную той, которая показана на схеме.

В первый момент времени после размыкания контакта 2 ток диода 4 протекает только в цепи конденсатора 9. При этом энергия, накопленная в индуктивном элементе 3, запасается в конденсаторе 9, его напряжение растет и имеет полярность, которая показана на схеме. Когда напряжение конденсатора 9 достигает напряжения стабилизации стабилитрона 7 и превысит это напряжение, то в цепи резистора 8 смещения появляется ток, который создает на резисторе 8 падение напряжения. Это падение напряжения имеет полярность, которая показана на схеме, и обеспечивает протекание тока в цепи база-эмиттер транзистора 6. При протекании этого тока транзистор б отпирается, сопротивление его цепи коллектор-эмиттер уменьшается и в токоограничивающем резисторе 5 появляется ток.

Сопротивление цепи коллектор-эмиттер транзистора 6 изменяется от максимальной величины, когда ток в цепи база-эмиттер не протекает, до минимальной величины при наличии тока в этой цепи. В течение интервала времени, когда уменьшается сопротивление транзистора б, конденсатор 9, поглощая энергию индуктивного элемента 3, ограничивает напряжение на выводах индуктивного элемента 3.

При отпертом транзисторе 6 цепь тока индуктивного элемента 3 образована двумя параллельными ветвями. Одна ветвь образована из стабилитрона 7, резистора 8 и цепи база-эмиттер транзистора 6. Вторая ветвь состоит из последовательно соединенных резистора 5 и цепи коллектор- эмиттер транзистора б. Ток ветви, в которую включен стабилитрон 7, определяется током цепи база-эмиттер транзистора б и поэтому меньше тока ветви, образованной резистором 5 и цепью коллектор-эмиттер транзистора 6. При таком распределении тока индуктивного элемента 3 его энергия поглощается преимущественно резистором 5, транзистором 6 и рассеивается в виде тепла в окружающую среду. В этом случае результирующее сопротивление цепи тока индуктивного элемента 3 не зависит от сопротивления ветви, в которую включен стабилитрон 7, и равно суммарному сопротивлению последовательно соединенных резистора 5 и цепи коллектор-эмиттер транзистора 6.

По отношению к цепям, поглощающим энергию индуктивного элемента 3, он является источником (генератором) тока, который плавно уменьшается и не может иметь

скачкообразных изменений. Поэтому любое изменение (уменьшение, увеличение) сопротивления цепей, поглощающих энергию элемента 3, вызывает аналогичное изменение (уменьшение, увеличение) напряжения на выходах этого элемента на выходах 10 и 11).

В первый момент после появления тока в цепи коллектор-эмиттер транзистора 6 ее сопротивление невелико, так как ток эле- мента 3 имеет большую величину и в цепи база-эмиттер транзистора б протекает достаточный для его полного отпирания ток, По мере уменьшения энергии индуктивного элемента 3 спадает ток в его цепи, уменьша- ется ток базы транзистора б и увеличивается сопротивление его цепи коллектор-эмиттер. Так как при этом суммарное сопротивление резистора 5 и цепи коллектор-эмиттер транзистора 6 растет, то в течение всего промежутка времени убывания тока в цепи элемента 3 напряжение на выводах 10 и 11 (на выходах элемента 3) не меняется и равно напряжению стабилизации стабилитрона 7. Последнее объясняет- ся тем, что напряжение стабилизации стабилитрона 7 больше напряжения резистора 8 (напряжения между выводами базы и эмиттера транзистора 6) и при уменьшении тока базы транзистора 6 напряжение его цепи база-эмиттер (резистора 8) изменяется незначительно.

В момент окончания тока в цепи индуктивного элемента 3 конденсатор 9 заряжен

до напряжения, равного напряжению стабилизации стабилитрона 7. После прекращения этого тока конденсатор 9 разряжается через подключенный параллельно ему резистор (не показан), устройство переходит в исходное состояние и готово к поглощению энергии индуктивного элемента 3.

Формула изобретения Устройство для поглощения энергии индуктивного элемента, коммутируемого в электрической цепи постоянного тока, содержащее диод, один из электродов которого соединен с первым выводом для подключения индуктивного элемента, а другой - с первым выводом токоограничиваю- щего резистора, конденсатор, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности поглощения путем снижения времени спадания тока без увеличения перенапряжения на индуктивном элементе, в него введены транзистор, стабилитрон и резистор смещения, причем цепь коллектор-эмиттер транзистора включена между вторым выводом токоограничивающего резистора и вторым выводом для подключения индуктивного элемента, резистор смещения - между выводами базы и эмиттера транзистора, а стабилитрон - между выводом базы последнего и первым выводом то- коограничивающегорезистора,

соединенным через конденсатор с вторым выводом для подключения индуктивного элемента.

Использование: передача электрической энергии между цепями электрооборудования транспортных средств. Сущность изобретения: устройство содержит диод, конденсатор, токоограничивающий резистор, транзистор, стабилитрон и резистор смешения. Транзистор выполняет функции резистора, сопротивление которого по мере убывания тока в цепи индуктивного элемента растет, обеспечивая оптимальное сопротивление цепи. При этом время убывания тока в цепи индуктивного элемента после отключения источника электрической энергии уменьшается без увеличения перенапряжения. 1 ил.