Устройство для защиты и коммутации цепи постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК H02H3/87 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ И КОММУТАЦИИ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Изобретение относится к коммутаци онно-защитной аппаратуре, а именно к бесконтактным, автоматам максимальнотоковой защиты и коммутации цепи постоянного тока, и может быть использовано в электротехнических установках различного назначения, преимущес венно в системах питания автономных объектов. Известно бесконтактное устройство защиты цепи постоянного тока, содержащее магнитно-транзисторный генератор, реагирующий и исполнительный элементы р . Недостатками этого устройства являются его сложность из-за наличия двух отдельных узлов: реагирующего и исполнительного, а также значитель ные пульсации напряжения на нем в от крытом состоянии. Наиболее близким по технической сущности к изоЬретению является бесконтактное устройство защиты цепи постоянного тока, содержащее магнитн транзисторный генератор, выходная обмотка которого через выпрямитель подключена к защищаемой цепи. Генератор реагирующего органа работает в режиме авто1солебаний до момента возникновения короткого замыкания в за1цищаемой цепи, после чего происходит срыв автоколебаний и отключение нагрузки цепи от источника питания f2j. Недостатка ли известного устройств является его сложность, значительные пульсации выходного напряжения в моменты переключения силовых транзисторов и большое значение тока управления блоком отключения. Цель изобретения - упрощение устройства, уменьшение пульсаций выход ного напряжения в моменты переключения силовых транзисторов и уменьшение тока управления блоком отключения. Поставленная цель достигается тем, что о устройство для защиты и коммутации цепи постоянного тока, содержащее магнитно-транзисторный генератор

9782574

транс- мотками, причем коллекторы силовых

с двумя силовыми транзисторами и форматором тока с двумя силовыми и двумя базовыми обмотками, подключен ный к nepeovi входной клемме, управлп емые от управлящего ключа блоки вклю- j чения и от1спючения, два развязывающи диода, включенных встречно-последова тельно, общая точка которых соединен с второй входной клеммой через нагрузку, подключенную к выходу устрой ства, дополнительно введен закорачив ющий диод, причем развязывающие диоды подключены к базам силовых транЬисторов, а их общая точка через закорачивающий диод подключена к первому выводу нагрузки, однополярному первой входной клеммой, Для уменьшения пульсаций выходно го напряжения в моменты перв(лючения силовых транзисторов в устройство введена сглаживающая цепь, подключен ная через нагрузку к входным клеммам и выполненная в виде конденсатора, обратного диода и транзистора, коллектор которого подключен к первой входной клемме, эмиттер - к общей точке силовых обмоток трансформатора тока, подключенной к первому выводу нагрузки, причем конденсатор подключен параллельно база-коллекторному переходу транзистора, а обратный ди од - параллельно его база-эмиттерно.fiy переходу, Для уменьшения тока управления блоком отключения в указанный блок введены каскадно соединенные отключа ющий и закорачивающий транзисторы, эмиттеры которых подключены к второй входной клемме, база отключающего транзистора подключена к первому выводу управляющего ключа, его коллектор и база закорачивающего транзисто ра подключены к точке соединения вто рого вывода управляющего ключа и пер вой входной клеммы, а коллектор закорачивающего транзистора подключен к общей точке развязывающих диодов. .На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для защиты и коммутации цепи постоянного тока. Устройство для защиты и коммутации цепи постоянного тока содержит входные клеммы 1 и 2, магнитно-транзисторный генератор, состоящий из двух силовых транзисторов 3 и и трансформатора 5 тока с двумя силовы ми 6 и 7 и двумя базовыми 8 и 9 обтранзисторов 3 и ( соединены с первой входной (шеммой, эмиттер каждого из них соответственно через силовые о6мотки 6 и 7 трансформатора 5 тока подключен к первому внводу нагрузки 10, а через соответствующие базовые обмотки 8 и 9 трансформатора 5 тока соединен с базой этого же транзистора. К базам силовых транзисторов 3 и t подключены аноды развязывающих диодоо 11 и 12, включенных между собой встречно-последовательно, к общей точке которых подключен анод коротящего диода 13, катод которого подключен к первому выводу нагрузки И). Блоки включения 14 и отключения 15 упрагзляются от управляющего ключа 16, который может быть контактным и бесконтактным, например может быть выходом цифровой управляющей машины, Угтравляемый блок 1( включения состоит из запускающего транзистора 17, коллектор fcoToporo через резистор 18 подключен к первой входной клемме,эмиттер - к базе силового транзистора , а база через диод 19 и резистор 20 подключена к первому выводу управляющего ключа 16, второй вывод которого подключен к первой входной клемме. Параллельно база-эмиттерному переходу запускающего транзистора 17 включен резистор 21, Управляемый блок 15 отключения вы- , полнен в виде отключающего транзистора 22, закорачиваю1цего транзистора 23 и резисторов 24-27. Сглаживающая цепь состоит из транзистора 2В, конденсатора 29 и обратного диода 30, Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии источник питания подключен к входным клеммам 1 и 2, а управляющий ключ 16 закрыт, В нормальном режиме работы при открывании управляюи1его ключа 16 по цеи: входная клемма 1 - управляющий ключ 16 - резистор 20 - диод 19 - эмит ерный переход транзистора 17 - базовая обмотка 9 - силовая обмотка 7 агрузка 10 - входная клемма 2 протеает ток, который открывает транзисор 17 и через его коллектор-эмиттерый переход по цепи: входная клема 1 - резистор 18 - коллектор-эмитepный переход транзистора 17 - базовая обмотка 9 силовая обмотка 7 -нагрузка 10 - входная клемма 2 поступпет запускающ-лй импульс тока Ov который наводит в базовой обмотке 9 трансформатора 5 тока ЭДС имеющую такуп полярность, что силовой транзистор f открывается. Одновременно к пер.еходу эмиттер-база силового транзистора 3 приложена ЭДС запираю щей полярности и он остается закрытым. По цепи: входная клемма 1 - си вой транзистор k - силовая обмотка нагрузка 10 - входная клемма 2 начи ет протекать ток, который наводит ЭДС U обмотках трансформатора S тока такого знака, что транзистор k п держивается в открытом состоянии и нагрузка 10 подключена к источнику питания по указанной выше цепи. В момент насыщения трансйорматора 5 тока резко возрастает его нама ничинающий ток, вследствие чего ток базы силового транзистора 4 уменьша ется и он выходит из состояния насыщения, падение напря}хения на нем увеличивается, а напряжения на обмо ке 7 и на всех остальных обмотках резко уменьшаются. При этом на всех обмотках трансформатора 5 тока воз никает ЭДС обратного знака, стремящаяся открыть транзистор 3 и закрыт транзистор k, В результате транзистор 3 открывается, а транзистор k з крывается. Теперь уже нагрузка цепи оказывается подключена к источнику питания через силовой транзистор 3 и силовую обмотку 6.-Затем вновь пр исходит насыщение сердечника трансформатора 5 тока и переключение силовых транзисторов 3 и , Таким образом, силовые транзисторы 3 и 4 в нормальном режиме работы поочередно переключаются и обеспечивают подключение нагрузки 10 к источнику пи тания . В моменты переключения силовых транзисторов 3 и t, когда ток нагрузки 10 значительно падает, а напряжение между входной клеммой 1 и первым выводом нагрузки 10 резко уве личивается, в нагрузку поступает то заряда конденсатора 29 через эмиттерн1-|й переход транзистора 28, который открывается, вследствие чего напряжение между входной клеммой 1 и первым выводом нагрузки 10 уменьшается, а ток нагрузки 10 почти пол .ностью компенсируется коллекторным ТОКОМ транзистора 28. По окончании момента коммутации силовых транзисторов 3 и конденсатор 29 разряжается через открытый в это время силовой транзистор 3 или k, соответствующую силовую обмотку 6 или 7 трансформатора 5 тока и обратный диод 30, что уменьшает пульсации выходного напряжения в моменты переключения силопых транзисторов. Каждые полпериода процессов переключения силовых транзисторов 3 и напряжения, наводимые на обмотках трансформатора 5 тока, являются отпирающими для одного из развязывающих диодов 11 или .12 и коротящего диода 13 и запирающик«и для другого развязывающего диода 12 или 11. Но в нормальном режиме работы величина отпирающего напряжения не достаточна для открывания отмечемно|ГО выше развязывающего диода 11 или |12 и коротящего диода 13. В результа,те о нормальном режиме работы оба развязывающих 11 и 12 и коротящий 13 диоды закрыты и на процессы переключений силовых транзисторов 3 и 4 влияния не оказывают. В нормальном работы в бло,ке отключения отключающий транзисtop 22 открыт током базы, проходящим через управляющий ключ 16, резистор 2 и эмиттерный переход отключающего транзистора 22, и шунтирует база-эмиттерный переход закорачивающего транзистора 23, в результате чего он оказывается закрыт и не влияет на процессы переключений силовых транзисторов 3 и (. В аварийном режиме (при перегрузках и коротких замыканиях в нагрузке 10 напряжения на обмотках трансформатора 5 тока увеличиваются вследствие увеличения напря)хения на его силовых обмотках 6 и 7, т.е. увеличится величина отпирающего напряжения развязывающих 11, 12 и коротящего 13 диодов, в результате чего последние открываются. Из-за этого ток базы силового транзистора 3 или уменьшается и он выходит из состояния насыщения, падение напряжения на нем увеличивается, а напряжения на силовой 6 или 7 и остальных обмотках резко уменьшаются. При этом на всех обмотках трансформатора 5 тока наводятся ЭДС обратного знака, стремящиеся -закрыть ранее открытый силовой транзистор 3 или , который в результате закрывается и отключает нагрузку 10 от источника . питания. Для повторного .подключения нагрузки к источнику питания, после устранения причины возникновения аварийного режима, надо закрыть и вновь открыть управляющий ключ-16. Принудительное отключение нагруз ки Происходит при закрывании управляющего ключа 1б. При этом разрывае ся цопь тока базы отключающего тран зистора 22, он закрывается, а закорачивающий транзистор 23 открывается , так как в его базовый электрод поступает ток через резистор 25. В результате ток базы открытого в дан ный момент силового транзистора 3 или ( уменьшается, так как часть тока базовой обмотки 8 или 9 ответвляется через развязывающий диод 11 или 12, резистор 26 и транзистор 23 из-за чего он выходит из состояния насыщения, падение напряжения на нем увеличивается, а напряжения на силовой 6 или 7 и остальнчх обмотках резко уменьшаются. При этом на всех обмотках трансформатора 5.-тока наводятся ЭДС обратного знака, стре мящиеся закрыть ранее открытый сило вой транзистор 3 или (, который в результате закрывается и отключает нагрузку 10 от источника питания. Таким образом, ток управления блоком отключения равен току базы отключающего транзистора, который мал по величине. Предлагаемое техническое решение {позволяет упростить устройство для защиты и коммутации цепи постоянного тока. формула изобретения 1. Устройство для защиты и комму тации цепи постоянного тока,содержа щее магнитно-транзисторный генератор с дву силовыми транзисторами трансформатором тока с двумя силовы и двумя базовыми обмотками, подключ ный к первой входной клемме, управляемые от управляющего ключа блоки включения и отключения, два развязы ваюи;их диода, включенных встречно-п следовательно, общая точка которых соединена с второй входной клеммой через нагрузку, подключенную к выходу устройства, отличающеес я тем, что, с целью упрощения, дополнительно введен закорачивающий диод, причем развязывающие диоды подключены к базам силовых транзисторов, а их общая точка через закорачивающий диод подключена к первому выводу нагрузки, однополярному с первой входной клеммой. 2. Устройство по п. 1, о т л и мающееся тем, что, с целью уменьшения пульсации вьисодного напряжения в моменты переключения силовых транзисторов, дополнительно введена сглакивающая цепь, подключенная через нагрузку к входным клеммам и выполненная в виде конденсатора, обратного диода и транзистора, коллектор которого подключен к первой входной клемме, эмиттер - к общей точке силовых обмоток трансформатора тока, подключонной к первому выводу нагрузки, причем конденсатор подключен параллельно база-коллекторному переходу транзистора, а обратный диод - параллельно его (5аза-эмиттерному переходу. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения тока управления блоком отключения, в указанный блок дополнительно введены каскадно соединенные отключающий и закорачивающий транзисторы, эмиттеры которых подключены к второй входной клемме, база отключающего транзистора подключена к первому выводу управляющего ключа, его коллектор и база закорачивающего транзистора подключены к точке соединения второго вывода управляю1цего ключа и первой входной клеммы, а коллектор закорачивающего транзистора подключен ) обцей точке развязывающих диодов. Источники инйюрмации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетелБство СССР № , кл. Н 02 Н 3/087, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № , кл. Н 02 Н 3/087, 1978.

/-s/

7 I

Г

l

I, 04/5;

/

// /

-н

rJt

L...

L

JfJ и

.Д

п

/

.