Устройство защиты нагрузки в цепи переменного тока Советский патент 1981 года по МПК H02H3/06 

(Sk) УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ НАГРУЗКИ В ЦЕПИ

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в разработках вторичных источников питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известно устройство для защиты электропотребителя от перенапряжений, содержащее пороговый элемент и подключенный к нему исполнительный орган, выполненный из двух параллельно включенных в противоположных направлениях пропускания тока тиристорах, подключенных непосредственно к клеммам потребителя tl.

Однако установленные в цепи питания предохранители (автоматы защиты), разрывают цепь питания при возникновении в ней короткого замыкания.

Принцип работы этого устройства основан на создании при перенапряжении короткого замыкания тиристорами. При этом предохранители сгорают, разрывая цепь питания, и, после восстановления нормального режима питания, потребитель остается отПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ключенным. Для того чтобы подать напряжение к потребителю, необходимо вручную заменить сгоревший предохранитель либо включить автомат защиты, что является недопустимым для бортовой аппаратуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является самбвосстанавливающееся устройство защиты нагрузки. В цепи

10 переменного тока, которое содержит замыкающий контакт-коммутатора, включенный Между первой входной клеммой и первой клеммой для подключения нагрузки, статический выключатель переISменного тока, состоящий из двух силовых тиристоров, включенных встречно-параллельно друг другу, при этом анод первого силового тиристора соединен с катодом второго силового ти-

20 ристора и второй клеммой для подключения нагрузки, катод первого силового тиристора- соединен с анодом второго силового Тиристора и второй 3 входной клеммой, транзистор, коллектор которого соединен с управляющим электродом второго силового тиристора, эмиттер - с катодом первого диода и с одним из выводов первого конденсатора, второй вывод которого соединен с катодом второго силового тиристора, анод первого диода через первый резистор соединен с первым выводом для подключения нагрузки и через второй резистор - с базой транзистора, стабилитрон и вто рой конденсатор 2, Однако это устройство обладает низкой чувствительностью к изменению напряжения, что объясняется зависимостью порога срабатывания устройства защиты от окружающей температуры. Кроме того, для отключения силового тиристора применяются маломощные тиристоры, у которых величина тока управляющего электрода зависит от окружающей температуры. У маломощных тиристоров при снижении температуры окружающей среды от +25 до ток управляющего электрода, при котором открывается тиристор, увеличивается на %, а с повышением окружающей температуры от 25 до 65°С - уменьшается на . По этой причине величина напряжения на нагрузке, при кото рой происходит срабатывание устройства защиты, меняется в широких пре делах при изменении температуры окружающей среды. Целью изобретения является повышение чувствительности к изменению напряжения в диапазоне температур о ружающей среды. Поставленная цель достигается те что в устройство защиты нагрузки в цепи переменного тока введены транс форматор, первая, обмотка которого подключена между первым выводом для подключения нагрузки и второй входной клеммой, второй транзистор, кол лектор которого coeд, с управляю щим электродом первого силового тиристора, эмиттер с катодом указан ного тиристора и через второй конде сатор и третий резистор с коллект ром второго транзистора, вторая обмотка трансформатора одним выводом через второй диод соединена с точкой соединения второго конденсатора и третьего резистора, второй вывод второй обмотки трансформатора соеди нен со средней точкой третьей обмот ки и второй входной клеммой, ныводы третьей обмотки соединены с анодами выпрямительных диодов, катоды которых соединены с выводами третьего конденсатора и потенциометра, вторые выводы которых соединены со второй входной клеммой, третий транзистор, база которого соединена с движком потенциометра, коллектор через четвертый и пятый резисторы - к эмиттеру второго транзистора, база которого соединена с общей точкой указанных резисторов. На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит замыкающий контакт 1 коммутатора, трансформатор 2 с первой 3, второй и третьей 5 обмотками, выпрямительные диоды 6 и 7, первый 8, второй 9 и третий 10 транзисторы, первый 11 и второй 12 силовые тиристоры, первый 13 и второй 1 диоды, первый 15. второй 16 и третий 17 конденсаторы, источник опорного напряжения, образованный стабилитроном 18 и балластным резистором 19, первый 20, второй 21, третий 22, четвертый 23 и пятый 2 резисторы и потенциометр 25. Силовые тиристоры 11 и 12 составляют статический выключатель переменного тока. Устройство работает следующим образом. Исходный режим характеризуется тем, что напряжение в цепи питания имеет номинальное значение. На обмотках и 5 трансформатора 2 также установившиеся напряжения. Напряжение с обмотки 4, выпрямленное диодом 1, через резистор 22 обеспечивает ток управляющего электрода силового тиристора 11, Тиристоры 11 и 12 открыты и на нагрузку подается напряжение сети . Напряжение с обмотки 5 выпрямляется диодами б и 7 и поступает на потенциометр 25, с движка которого снимается напряжение Ug« , меняющееся пропорционально изменениям сети и подается на базу транзистора Ю. На стабилитроне 18, включенном параллельно потенциометру 25 через балластный резистор 19, образуется опорное, напряжение Uo, , которое остается всегда постоянным независимо от напряжения сети. На переходе база-эмиттер транзистора 10 происходит сравнение напряжений в результате чего на база относительно эмиттера появляется напряжение рассогласования поляр ность которого зависит от величины U0X %э Uon -UBX Порог срабатывания устройства за щиты устанавливается потенциометром 25, поэтому при номинальном значени напряжения сети отрицательное напря жение ( всегда меньше опорного напряжения UQP| , Таким образом, на базе транзистора 10 при номинальном значении напряжения сети преобладает напряжение со знаком плюс, при этом транзисторы 9 и 10 закрыты. Повышение входного напряжения до величины установленного порога срабатывания вызывает на движке потенциометра 25 пропорциональное увеличение напряжения U , в результате чего на базе транзистора 10 увеличи вается отпирающее напряжение , транзистор 10 открывается, а в базе транзистора 9 появляется ток, которы открывает транзистор 9. Открытый транзистор 9 шунтирует управляющий электрод первого силового тиристора 11 на катод. Тиристор 11 закрываетс после прохождения положительного по лупериода. В следующий полупериод закрывается второй силовой тиристор 12. В закрытом состоянии тиристоры 11 и 12 находятся до тех пор пока напряжение сети не уменьшится до допустимого рабочего значения. Уход напряжения стабилитрона, отключение порога срабатывания от установленного значения, в зависимости от окружающей температуры в пределах от -60 до определяется по формуле оп-( ст где - температура окружающей среды, равная -60°С; - нормальная температура окружающей среды, при кото рой установлен порог сраба тывания, равный 20°С; dlc,Y - температурный коэффициент напряжения стабилизации для маломощногс: стабилитро на, равный 11 О :г;/с. Подставляя исходные данные в формулу (2), получим Таким образом, стабильность порога срабатывания составляет %. 66 Повышение чувствительности устройства защиты к изменению напряжения сети достигается за счет подключения порогового стабилитрона в схеме сравнения параллельно измеряемому напряжению. Полученный сигнал рассогласования управляет формирователем, который обеспечивает включение транзистора, шунтирующего управляющий электрод первого силового тиристора. Сравнительные испытания устройств защиты показали, что чувствительность к изменению напряжения сети в зависимости от окружающей температуры от -60 С до +6G°C при применении изобретения может быть увеличена дй 1%, в то время, как известное устройство обладает низкой чувствительностью не менее 0%. Высокая чувствительность устройства защиты позволяет разрабатывать вторичные источники питания без учета запасов на возможные перенапряжения, что снижает вес, уменьшает габариты и снижает стоимость аппаратуры без снижения надежности. Кроме того, преимущество изобретения заключается в повышении КПД за счет снижения потерь мощности в цепи управляющего электрода силового тиристора. Формула изобретения Устройство защиты нагрузки в цепи переменного тока, содержащее замыкающий контакт коммутатора, включенный между первой входной клеммой и первой клеммой для подключения нагрузки статический выключатель переменного тока,состоящий из двух / силовых тиристоров, включенных встречно-параллельно друг другу, при этом анод первого силового тиристора соединен с катодом второго силового тиристора соединен с катодом второго силового тиристора и второй клеммой для подключения нагрузки, катод первого силового тиистора соединен с анодом второго илового тиристора и второй входной леммой, транзистор,коллектор котоого соединен с управляющим электроом второго силового тиристора, миттер - с катодом первого диода и одним из выводов первого конденсаора , второй вывод которого соединен катодом второго силового тиристора.

анод первого диода через первый резистор соединен с первым выводом для подключения нагрузки и через второй резистор - с базой транзистора, стабилитрон и второй конденсатор, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности в диапазоне температур окружающей среды, в него введены трансформатор, первая обмотка которого подключена между первым выводом для подключения нагрузки и второй входной клеммой, второй транзистор, коллектор которого соединен с управляющим электродом первого силового тиристора, эмиттер с катодом указанного тиристора и через второй конденсатор и третий резистор - с коллектором второго транзистора, вторая обмотка трансформатора одним выводом через второй диод соединена с точкой соединения второго конденсатора и третьего резистора, второй вывод второй обмотки трансфер /

матора соединен со средней точкой третьей обмотки и второй входной клеммой, выводы третьей обмотки соединены с анодами выпрямительных диодов, катоды которых соединены с выводами третьего конденсатора и потенциометра, вторые выводы которых соединены со второй входной клеммой, третий транзистор, база которого соединена с движком потенциометра, эмиттер - к источнику опорного напряжения на стабилитроне, коллектор через четвертый и пятый резисторы - к эмиттеру второго транзистора, база которого соединена с точкой соединения указанных резисторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 63069, кл. Н 02 Н 3/20, 1976.

2. Патент США N 3553530, кл. 317-16, 1969.