Аттеньюатор тока Солонина Советский патент 1982 года по МПК G05F1/08 

(54) АТТЕНЮАТОР ТОКА СОЛОНИНА

1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для ослабления постоянного тока, проходящего через нагрузку.

В настоящее время используют гасящий j резистор. Его включают последовательно

нагрузке l

Однако использование гасящего резистора связано с больщим выделением энергии на нем в виде тепла. Для обеспече- JQ НИИ необходимого теплоотвода его выполняют больших размеров, дополнительно.

. используют теплоотводящие устройства и специальные системы охлаждения. Следовательно, этот аттенюатор тока имеет 15 большие размеры, вес, стоимость, низкий технический ресурс.

Использование в сетях переменного тока для ослабления тока, проходящего через нагрузку, реактивные элементы также 20

i имеют большие размеры, вес и стоимость, которые зависят от частоты сети и мощности, потребляемой нагрузкой. Кроме того, реактив11ые вызы.вают появление реактивной составляющей мощности, передаваемой между источником, переменного напряжения и нагрузкой, что приводит к дополнительным потерям электч роэнергии в проходах 2 . .

Недостатком известного аттенюатора тока на ключах являются низкие коэффициенты полезного действия и надежность вследствие большого выделения энергии в виде тепла на ключах во время их переключения, ..большие размеры, вес и стоимость из-за необходимости дополнительных, технических средств для охлаждения ключей, низкая устойчивость к коротким замыканиям выходных шин, так как ток, проходящий через ключи при коротком замыкании выходных шин, определяется их сопротивлением, что приводит к перегрузке ключей.

Кроме того, в настоящее время существует тенденытга к увеличению сопротивления ключей в закрытом и уменьшению в открытом состояниях, а также - к умень шению тока через управляющий электрод. По этим параметрам ключи приближаются к идеальным. . Цель изобретения - повышение КПД, надежности, уменьшение размеров, веса и стоимости путем уменьшения выделения энергии в виде тепла на клвэчах во время их переключения, повышение устойчивости к коротким замыканиям выходных шин. Поставленная цель достигается тем, что в аттенюатор тока, содержащий два ключа, входную и общую шины, введены импульсный генератор и последовательный колебательный контур, причем ключи соединены между собой последовательно и подключены управляющими входами и выходами импульсного генератора, а колебательный контур включен между точкой соединения ключей и общей шиной. На фиг. 1 показана схема аттенюатора тока; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Аттенюатор тока содержит ключи 1 и 2 {например, на полупроводниковых эле ментах),импульсный генератор 3 (мульти вибратор) , соединенный выходами 4 и 5 с управляющими входами ключей 1 и 2, последовательный колебательный контур 6 включённый между точкой 7 соединения ключей . 1, 2 и общей шиной 8. Аттенюатор тока имеет выход 9, к которому подключена нагрузка 1ХЭ (например, элект .родвигатель постоянного тока), и вход 11, подключаемый к промышленной йети постоянного токЪ (например 22О В) или к выходу выпрямителя. На фиг. 2 показаны импульсы 12 и 13напряжения соответственно на вы ходах 4 и 5 импульсного генератора 3. Ток 14 в колебательном контуре 6, полу периоды 15 и 16 колебаний тока 14, толпупьсы 17 и 18 тока, проходящиесоо ветственно через ключи 1, 2 и представляющие собой полупериоды 15 и 16 колебаний тока 14 (по длительности импул 12 равен полупериоду 15 колебаний тока 14, а импульс 13 - полуперирду 16), м менты 19 и 20 времени, в которых ток 14равен нулю. Временные диаграммы, n казанные на фиг. 2, связаны с схемой фиг. 1 буквами а,б,Ь,г,( . Аттенюатор тока работает следующим оЬразом. Генератор 3 управляет ключами 1 и 2 Импульс 12 с выхода 4 генератора 3 открывает ключ 1 (момент 19 времени) Постоянное напряжение с входа-11 аттенюаторй (выпрямленное напряжение промышленной сети) прикладывается к ко туру 6. Во время открытия ключа 1 (во ремя переходного процесса между закрыым состоянием ключа и открытым) ток ерез него практически не проходит иза самоиндукции индуктивности контура 6 фронты переключений ключей значительно руче фронтов, определяемых колебательым контуром 6, импульсов тока, прохоящих через них). Поэтому энергия в вие тепла на ключе 1 не рассеивается. ри открытом ключе 1 в контуре 6 проодит колебательный процесс тока 14 полупериод 15). Через открытый ключ 1 проходит импульс .17 тока. Как только полностью зарядится конденсатор контура 6, ток 14 становится равным нулю (момент 2О времени). В этот момент времени прекращается импульс 12 и после его прекращения начинается импульс 13 на выходе 5 генератора 3. В результате ключ 1 закрывается и после его закрывания открывается ключ 2. В контуре 6 проходит полупериод 16 колебательного процесса тока 14. Через полностью открытый ключ 2 проходит импульс 18 тока. Энергия, запасенная в колебательном контуре 6, передается в нагрузку 10. Затем, в следующий момент 19 времени , когда ток в контуре 6 вновь становится равным нулю (после того, как вся энергия, запасенная в контуре 6 передастся в нагрузку 10), закрывается ключ 2 и по,сле его закрытия открывается ключ 1. Энергия с входа 11 вновь поступает в контур 6. И так продолжается на протяжении всей работы аттенюатора тока. В течение всего этого времени в последовательном колебательном контуре 6 проходят вынужденные колебания тока 14, ведомые генератором 3. Энергия порциями, равными энергоемоксти колебательного контура 6, передается с входа 11 в наг руэку 1О. Во время переключения ключей 1 и 2 проходящий через них ток равен нулю (момевты 19 и 20 времени), он сдерживеется не самими этими ключами, как это имеет место в известном устройстве, а реактивнылш элементами колебательного контура 6, Как известно, энергия в виде тепла на реактивных элементах не рассеивается. Каждый из ключей и 2 тоже не нагревается, потому что когда он закрыт, или находится в состоянии переключения, ток через него не проходит, а когда ток проходит, ключ .уже полностью открыт и его сотфотивление равно нулю. Следовательно, предлагаемый аттенюатор тока имеет более высокий коэффициент полезного действия (а значит экон мит электроэнергию) , чем известные ус ройства этого же назначения. Ослабляя ток, проходящий через нагрузку 10, он сам практически не нагревается, что позволяет выполнить его со значительно меньшими размерами, весом и стоимостью, чем размеры, вес, и сто№ мость известных аттенюаторов на ключах Мощность генератора 3 значительно меньше мощности, потребляемой нагрузкой 10 (для управления ключами необходима мощность намного меньше мощности, проходящей через ключи). Мощность, выделяемая в .виде тепла генератором, не снижает КПД предлагаемого аттенюатора тока по отношению к известному, так как такая же мощность выделяется и на элементах, управляющих ключами, в известном аттенюаторе, . Практически имеющие место ток через реальный ключ в закрытом состоянии, его сопротивление в открытом сос тоянии, а также ток через управляющий электрод, приводят к некоторому дополнительному выделению энергии в виде тепла как в известном , так и в предлагаемом аттенюаторе. Это дополнительное выделение энергии в виде тепла никакого отношения не имеет к тому, что. происходит во время переключения ключей из-за их переходного сопротивления и проходящего в это время тока. Оно не снижает коэффициент полезного действия предлагаемого аттенюатора по отношению к известному. Кроме того, в настоящее время существует тенденция к снижению этого до полнительного выделения энергии в виде тепла, так как постоянно улучшаются указанные параметры ключей. Ключи приближаются к идеальным по отношению к этим параметрам. Мощность электрического тока, передаваемую с входа 11 в нагрузку 10, можно увеличить в предлагаемом аттенкуаторе, путем подключения параллельно последовательному колебательному контуру 9 83 6 еще одного или нескольких последова Т8льнь1х колебательных контуров с такой же частотой собственных колебаний. Т. е. на основе предлагаемого аттенюатора тока можно создать реостат. Предлагаемый аттенюатор тока устойчив к коротктл замыканиям выходных шин, так как ток через ключи не может возрасти больше пропускной способности колебательного контура, а следовательно не может их перегрузить. Применение предлагаемого аттенюатора вместо гасящего резистора и извеспного тиристорного аттенюатора тока позволит сэкономить электроэнергию, снизить размеры, вес и стоимость .электрических устройств. Таким образом, предлагаемь1й аттенюатор тока позволит сэкономить не только электроэнергию, но и конструкционные материалы, радиоэлементы, уменьшить трудоемкость изготовления и снизить мате риальньш затраты. Формула изобретения Аттенюатор тока, содержащий два , выходную и общую щины, отличающий ся тем, что, с целью повышения КПД, надежности, уменьшения размеров и массы, в него введены импульсный генератор и последовательный кол бательный контур, причем ключи соединекь между собой последовательно и управля щими входыми подсоединены к выходам импульсного генератора, а колебательный контур включен между общей точкой соединения ключей и общей шиной. Источники информации, принятые .во внимание при экспертизе 1.Справочник по электробытовым машинам и приборам. Под. ред. Э. В. Лира. Киев, Технжа, 1976. с. 256, 258. 2.Андреев Г. И. Электроприводы- гла&ного движения металлообрабатывающих станков. М., Машиностроение, 1980, с. 15, 16, 67, 71.

ff г

9

8

фаг.