Устройство для защиты силовой цепи от перегрузки и короткого замыкания Советский патент 1982 года по МПК H02H3/08 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИЛОВОЙ ЦЕПИ иТ ПЕРЕГРУЗКИ И КОРОТКОГО ЗАВИСАНИЯ

Изобретение относится к элёктроте нике и может быть использовано для защиты силовой цепи от перегрузки и короткого замыкания в устройствах ав томатики, использующих в качестве коммутирующих элементов симисторы и тиристоры. Известно устройство защиты силово цепи от перенапряжения, содержащее тиристор, лавинный диод, включенный параллельно тиристору, генератор импульсов запуска тиристора, конденса тор разрядный резистор р . Недостатком устройства является невозможность защиты силовой цепи в режиме короткого замыкания. 1 аиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство, содержащее тиристор, измерительный резистор, конденсатор, диод, пороговый элемент, транзистор, токоо раничипающие резисторы, элемент запус ка,источник постоянного напряжения 2 Недостатком известного решения яв.ляется низкая надежность защиты и большое потребление мощности, что обусловлено отсутствием непосредственного контроля состояния переходов ключевого элемента (тиристора), а напряжение на измерительном резисторе, включенного последовательно в силовую цепь тиристора, не может служить достоверной мерой состояния переходов последнего. Большое потребление мощности связано с рассеиванием актив ной мощности на измерительном резисторе, по которому протекает ток нагрузки ключевого элемента. При этом ухудшаются ключевые свойства цепи из последовательно включенных тиристора и измерительного резистора, на котором образуется дополнительное падение напряжения. Цель изобретения - повышение надежности и сниксение потребляемой мощности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты силовой

цепи от перегрузки и короткого замыка ния, содержащее симистор, последовательно соединенные диод, конденсатор, резистор и включенные параллельно измерительному резистору, подключенного первым и вторым выводом соответственно к катоду симистора и к первой ине источника постоянного напряжения пороговый элемент, первый вывод которого через резистор соединен с первым входом ключевого элемента и элемент запуска, дополнительно введены последовательно соединенные ключевой усилитель,резистор и накопитель-, ный конденсатор, причем первый входной зажим ключевого усилителя подключен к катоду диода, второй входной зйжим вместе с анодом указанного диода и вторым выводом измерительного симистора, первая обкладка накопительного конденсатора через резистор соединена с элементом запуска и первым выводом порогового элемента, второй вывод которого, вторая обкладка накопительного конденсатора и второй вход ключевого элемента объединены и подключены ко второй шине источника постоянного напряжения, выход ключевого элемента через резистор соединен с катодом симистора ,в силовую цепь последнего включены нагрузка и источник переменного напряжения,

В устройстве ключевой усилитель и ключевой элемент выполнены на транзисторах разного типа проводимости.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для защиты от перегрузки и короткого замыкания.

Устройство содержит.симистор 1 , в силовой цепи которого включены нагрузка 2 и источник переменного напряжения 3, измерительный резистор , включенный между катодом и управляющим электродом симистора 1, параллельно измерительному резистору включены последовательно соединенные диод 5, конденсатор 6 и резистор 7К шинам источника постоянного напряжения 8 подключены ключевой усилитель 9, резистор 10 и накопительный конденсатор 11, первый зажим ключевого усилителя 9 подключен к катоду диода 5, первая обкладка накопительного конденсатора 11 через резистор 12 подключена к первому выводу порогового элемента 13, который через резистор подключен к элементу запуска с помощью клеммы 15 и к первому входу

ключевого элемента 16, второй вход которого и второй вывод порогового элемента 13 подключены ко второй обкладке накопительного конденсатора 11, выход ключевого элемента 16 чере: резистор 17 подключен к катоду симистора 1 .

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии симистор 1 отключен и нагрузка 2 обесточена.

Для включения симистора 1 на клемму 15 подают отрицательный импульс запуска относительно эмиттера транзистора 16.При этом через открывший ся транзистор 16 управляющий переход симистора 1 и резистор .17 начинает протекать ток от источника постоянного напряжения 8. В результате этого симистор 1 включается и в цепи нагрузки 2 возникает переменный ток от источника переменного напряжения 3. При протекании тока нагрузки через семистор 1 на его входе, а значит и на измерительном резисторе , выделяется доля переменной составляющей анодного напряжения за счет перераспределения потенциалов на слоях про-, водящей полупроводниковой структуры симистора 1. Переменная составляющая напряжения на участке управляющий электрод - катод симистора 1 и, что то же самое, на измерительном резисторе 4 через резистор 7 и конденсатор 6 подается на диод 5 и на базу транзистора 9, который открывается. Усиленный пульсирующий ток в коллекторной цепи транзистора 9 через резистор 10 заряжает, накопительный конденсатор 11 до напряжения определен ного уровня. Последнее поступает на пороговый элемент 13, в нормальйых условиях находящийся в состоянии низкой проводимости, и на базу транзистора 16, поддерживая его в открытом положении. После прекращения действия импульса запуска (поданного на клемму 15) транзистор 16 останется открытым. Следовательно, в открытом состоянии будет находиться и симистор 1. Такой режим работы схемы сохраняется до тех пор, пока не будет подан положительный импульс сброса на клемму 15, либо ток нагрузки 2 в силовой цепи семистора 1 не превысит своего предельного допустимого значения. Увеличение тока в силовой цепи симистора 1 сверх пре- , дельно допустимого значения приводит 5 к возрастанию переменной, составляющей пульсирующего напряжения, выделяющегося на управляющем переходе сймистора 1 и на измерительном резисторе . В результате этого увеличивается нап.ряжение на накопительном конденсаторе 11, что вызывает пробой порогового . элемента 13 и выключение транзистора 16, эмиттерно-базовый переход которого шунтируется включившимся пороговым элементом 13. Источник постоянного напряжения 8 отключается от управляющей цепи симистора 1, исчезает постоянный ток управляющий переход симистор 1 выключается и отсоединяет нагрузку 2 от источника переменного напряжения 3- Существенно важным является включение измерительного резистора параллельно управляющему переходу симистора 1 и использование замкнутого со входа симистора 1 на его же вход контура управления и за1щиты, состоящего из ключевого усилителя 9, выход которого связан с пороговым элементом 13 и ключевым электро дом 16, При этом указанные элементы могут быть выполнены на другой элементной базе, например, на микросхемах, поскольку контур управления и защиты является по существу низковольтным. В устройстве управления еимистором 1 можно осуществлять посто янным током положительной полярности в этом случае необходимо изменить тип проводимости транзисторов 9 и 16 на противоположный и соответственно изменить полярность включения порогового элемента 13 и источника постоянного, напряжения 8. Устройство характеризуется снижением потребляемой мощности, так как измерительный резистор включен не в силовую цепь, а параллельно управляющему переходу симистора 1, и высокой надежностью защиты силовой це пи, так как при указанном включении измерительного резистора k осуществляется одновременный контроль не только состояния силовой цепи и в частности нагрузки 2 ,но также и состояния переходов симистора 1. 7 Формула изобретения 1. Устройство для защиты силовой цепи от перегрузки и короткого замыкания, содержащее симистор, постоянно соединенные диод, конденсатор, резистор и включенные параллельно измерительному резистору, подключенному первым и вторым выводами соответственно к катоду симистора и к первой шине источника постоянного напряжения, пороговый элемент, первый вывод которого через резистор соединен с первым входом ключевого элемента, и элемент запуска, отличающееся тем, что,- с целью повышения надежности и снижения потребляемой мощности устройства, в него дополнительно введены последовательно соединенные клю-« чевой усилитель, резистор и накопительный конденсатор, причем .первый вход ключевого усилителя подключен к катоду диода, второй вход вместе с анодом указанного диода и вторым выводом измерительного резистора - к управляющему электроду симистора первая обкладка накопительного конденсатора через резистор соединена с элементом запуска и первым выводом порогового элемента, второй вывод которого, вторая обкладка накопительного конденсатора и второй вход ключевого элемента объединены и подключены к второй шине источника постоянного напрях ения, выход ключевого элемента через резистор соединен с катодом симистора, в силовую цепь последнего включены нагрузка и источник переменного напряжения. 2. Устройство по П.1, о т л и чающееся тем, что ключевой усилитель и ключевой элемент выполнены на транзисторах разного типа проводимости . ° Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе Ь Патент Франции № 2391582, л. Н 02 Н 7/12, 1979. 2. Авторское свидетельство СССР 672626, кл. G 05 F 1/58, 1977.