Устройство для защиты цепи постоянного тока от токовой перегрузки

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ОТ ТОКОВОЙ ПЕРЕГРУЗКИ, содержащее блок защиты , включенный последовательно с защищаемой нагрузкой магнитно-транзисторный генератор, включающий два силовых транзистора, у которых коллекторы объединены непосредственно, .эмиттеры объединены через две последовательно соединенные силовые обмотки, а базы - через два йстречно включенных диода, при этом между базой и эмиттером каждого силового транзистора включены базовые обмотки, ключ управле-у . кия, включенный параллельно управляющему входу блока включения и последовательно управляющему входу блока отключения, I причем исполнительный выход блока включения включен параллельно база-эмиттерному переходу одного из силовых транзисторов магнитно-транзисторного генератора, исполнительный выход блока отключения включен между общей точкой диодов магнитно-транзисторного генератора и выходным полюсом нагрузки, а его питающий вход подключен к источнику питания нагрузки , отличающееся тем, что, с целью уменьщения коммутационных потерь и повыщения чувствительности, базовые обмотки размещены на разных сердечниках, а блок защиты содержит транзистор, коллектор котороi го через резистор подключен к дополнительному управляющему входу блока отключе (Л ния, база через два последовательно-согласно включенных диоДа подключена к входНому полюсу нагрузки, а эмиттер подключен .к базе одного из силовых транзисторов магниТно-транзисторного генератора, причем между общей точкой указанных диодов и эмиттером включен конденсатор.

СО1ОЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .

РЕСПУБЛИК зы Н 02 Н 3/08 ";

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

О РЫТИЙ (21) 3463908/24-07 (22) 05.07.82 (46) 30.12.83. Бюл, № 48 (72) В. Г. Еременко и В. П.,Царьков (71) Московский ордена Ленина и ордена

Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621.316.925 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 597041, кл. Н 02 Н 3/087, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР № 978257, кл. Н 02 Н 3/087, 1981.

:: (54) (57) УСТРОЛСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ,.

:,ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ОТ ТОКО-

ВОЙ ПЕРЕГРУЗКИ, содержащее блок за- щиты, .включенный последовательно с за. щищаемой нагрузкой магнитно-транзисторный генератор, включающий два силовых транзистора, у которых коллекторы объединены непосредственно, . эмиттеры объедине-. ,. ны через две последовательно соединенные силовые обмотки, а базы — через два встречно включенных диода, при этом между базой и эмиттером каждого силового транзистора включены базовые обмотки, ключ управле-.;:

„„SU„„ 1064363 А ния, включенный параллельно управляющему входу блока включения и последовательно управляющему входу блока отключения, причем исполнительный выход блока вклю. чения включен параллельно база-эмиттерному переходу одного из силовых транзисторов магнитно-транзисторного генератора, исполнительный выход блока отключения включен между общей точкой диодов магнитно-транзисторного генератора и выходным полюсом нагрузки, а его питающий вход подключен к источнику питания нагрузки, отличающееся тем, что, с целью уменьшения коммутационных потерь и повышения чувствительности, базовые обмотки размещены на разных сердечниках, а блок защиты содержит транзистор, коллектор которого через резистор подключен к дополнительному управляющему входу блока отключения, база через два последовательно-согласно включенных диода подключена к входному полюсу нагрузки, а эмиттер подключен .к базе одного из силовых транзисторов магнитно-транзисторного генератора, причем между общей точкой указанных диодов и эмиттером включен конденсатор.

1064363

Недостатками данного устройства являются значительные пульсации выходного напряжения и большие коммутационные потери в моменты переключения силовых транзисторов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для зан иты и коммутации цепи постоянного тока, содержащее магнитно-транзисторный 20 .генератор, управляемые от управляющего ключа блоки включения и отключения, два развязывающих диода и узел зашиты от токовых перегрузок.

Генератор реагирующего органа работа25 ет в режиме автоколебаний до момента возникновения перегрузки по току в защищаемой цепи, после чего происходит срыв автоколебаний и отключение нагрузки цепи от источника питания (2).

Недостатками известного устройства яв-, ляются значительные пульсации выходного напряжения, большие коммутационные потери в моменты переключения силовых транзисторов и низкая чувствительность при токовых нагрузках, Цель изобретения — уменьшение ком- 35 мутационных потерь и повышение чувстви, тельности.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным устройствам максимально-токовой зашиты и коммутации пепи. постоянного тока, и может быть исполы зовано в электротехнических установках различного назначения, преимущественно в системах питания автономных объектов.

Известно бесконтактное устройство заши ты цепи постоянного тока, содержащее магнитно-транзисторный генератор, выходная обмотка которого через выпрямитель подкл1очена к защищаемой цепи (11.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для защиты цепи постоянного тока от токовой перегрузки, содержащем блок защиты, включенный последовательно с защищаемой нагрузкой магнитно-транзисторный генератор, включающий два силовых транзистора, у которых коллекторы объединены непосредственно, эмиттеры объединены через две последовательно соединенные силовые обмотки, а базы — через два встречно включенных диода, при этом между базой и эмиттером каждого силового транзистора включены базовые обмотки, ключ управления, включенный параллельно управляющему входу блока включения и последователь,но управляющему входу блока отключения, причем исполнительный выход блока включения включен параллельно база-эмиттерному переходу одного из силовых транзисторов магнитно-транзисторного генератора, исполнительный выход блока отключения включен между общей точкой диодов маг40

55 нитно-транзисторного генератора и выходным полк сом нагрузки, а его питающий вход подключен к источнику питания нагрузки, базовые обмотки размещены на разных сердечниках, а блок защиты содержит транзистор, коллектор которого через резистор подключен к дополнительному управляющему входу блока отключения, база через два последовательно-согласно включенных диода подключена к входному полюсу нагрузки, а эмиттер подключен к базе одного из силовых. транзисторов магнитно-транзисторного генератора, причем между общей точ-кой указанных диодов и эмиттером включен конденсатор.

На фиг. I приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2— диаграмма напряжения.

Устройство для зашиты нагрузки постоянного тока содержит магнито-транзисторный генератор 1, состоящий из двух силовых транзисторов 2 и 3, двух силовых 4 и 5 и двух базовых 6 и 7 обмоток, причем базовые обмотки размещены на разных сердечниках 8:и 9, а каждая силовая обмотка охватывает либо оба, либо один (фиг. I) из сердечников 8 и 9. Коллекторы силовых транзисторов 2 и 3 объединены непосредственно, а эмиттеры объединены через силовые обмотки 4 и 5 и подключены к входному полюсу нагрузки 10, а через соответствующие базовые обмотки 6 и 7 соединены с базой этого же транзистора. K базам силовых транзисторов 2 и 3 подключены аноды развязывающих диодов l l и 12, вклк>ченных между собой встречно-последовательно.

Блоки включения 13 и отключения 14 управляются от управляющего ключа 15, который может быть контактным и бесконтактным, например выходом цифровой управляющей машины, Блок 13 включения состоит из транзистора 16, коллектор которого через резистор

17 подключен к первой входной клемме, эмиттер — к базе силового транзистора 3, а база через диод 18 и резистор 19 — к первому выводу управляющего ключа 15, второй вывод которого подключен к первой входной клемме. Параллельно эмиттер-базовому переходу транзистора 16 включен резистор 20.

Блок 14 отключения выполнен в виде двух каскадно соединенных транзисторов 21 и 22, эмиттеры которых подключены к второй входной клемме, база второго транзистора 22 через резистор 23 подключена к первому выводу управляющего ключа, его коллектор через резистор 24 подключен к точке соединения второго вывода управляющего ключа 15 и первой входной клеммы, а через диод 25 — к базовому электроду первого транзистора 21, коллектор которого через резистор 26 подключен к обшей точке

1064363 з 4 развязывающих диодов 11 и 12. Параллель- При этом происхолит намагничивание но эмиттер-базовым перехолам транзисто- сердечника.8, а серлечник 9 раэмагиичиваров 21 и 22 включены резисторы 27 и 28. ется. ЭДС, наведенная на обмотке 7, огБлок 29 защиты от токовых перегрузок раничена на уровне обратного напряжения выполнен в виде измерительной цепи, сос- база-эмиттерного перехода силового трантоящей из транзистора 30, двух диолов 31 зистора 3 и значительна по величине. Эта и 32, конденсатора ЗЗ и резистора 34. ЭДС трансформируется в полуобмотку сиУстройство работает слелующим образом ловой обмотки 4, намотанную на серлечниВ исходном состоянии источник пита- ке 9, и действует согласно с ЭДС на полуния подключен к входным клеммам, а уп- обмотке силовой обмотки 4, намотанной на равляющий ключ 15 разомкнут и силовые 10 сердечнике 8, в результате чего в диаграмтранзисторы 2 и 3 закрыты. ме напряжения между первой входной клемВ нормальном режиме работы при откры- мой и йервой выходной клеммой (U<.«aa ванин управляющего ключа 15 по цепи фиг. 2) наблюдается всплеск в интервале входная клемма — управляющий ключ 15 — времени tl — t>. резистор 19 — диод IS — эмиттерный пере- Так как время намагничивания сердечход транзистора 16 — базовая обмотка 7 — ников больше, чем время их размагничива15 силовая обмотка 5 — нагрузка 10 — axon- ния, то сердечник 9 быстро раэмагничиваная клемма протекает ток, который откры- . ется и в момент )х напряжение на обмотке 7 вает транзистор 16 и через его коллектор- . исчезает. При этом резко появляется ток эмиттерный переход по цепи входная клем- утечки силового транзистора 3, что привома — резистор 17 — коллектор-эмиттерный 20 лит к наведению на. силовой обмотке 5 ЭДС, переход транзистора 16 — .базовая обмот- которая, трансформируясь в базовую обмотка 7 — силовая обмотка 5 — нагрузка 10 — ку 7, вызывает открывание силового тран. входная клемма поступает запускающий им- зистора 3 и ток в нагрузку 10 начинает попульс тока, который наводит в базовой об- ступать через параллельно включенные симотке 7 ЭДС, имеющую такую полярность, ловые транзисторы 2 и 3. что силовой транзистор 3 открывается. Ha участке )х — 1з транзисторы 2 и 3

Одновременно к переходу эмиттер-база работают параллельно. При этом напряже- силового транзистора 2 прикладывается ния на силовых обмотках 4 и 5 равны нулю, ЭДС запирающей полярности и он остает- так как ЭДС, наводимые на их полуобмотся закрытым. По цепи входная клемма ках, равны по величине и направлены встречсиловой транзистор 3 — силовая обмотка 5 — 30 но. Напряжение U<,«при этом оказывается нагрузка 10 входная клемма протекает ток, равным падению напряжения на двух пакоторый наводит ЭДС .в обмотках такого, Раллельно включенных коллектор-эмиттерзнака, что транзистор 3 поддерживается в ных переходах силовых транзисторов 2 и 3 открытом состоянии и нагрузка 10 подключе и мало по величине. на к источнику питания по указанной выше В момент )з происходит насыщение серцепи. з5 дечника 8, так как он дольше находился в

В момент насьпцения сердечника 9 резко состоянии намагничивания, чем сердечник 9. возрастает его намагничивающий ток, вслед- При этом резко уменьшается его коллекторствие чего ток базы силового транзистора 3 ный ток, что приводит к наведению на обуменьшается и оМ выходит из состояния на- мотках 6 и 4 ЭДС такого знака, что силовой сыщения; падение напряжения на нем уве- транзистор 2 закрывается. С момента )4 личивается, а напряжения на обмотках 5 ток в нагрузку 10 поступает только через

40 и 7 резко уменьшаются. При уменьшении силовой транзистор 3 bio цепи входная клемтока коллектора силового транзистора 3 ма — коллектор-эмиттерный перехол силона обмотках 5 и 7 наводятся ЭДС такого ваго транзистора 3 — силовая обмотка 5— знака, что силовой транзистор 3 закрывается нагрузка 10 — входная клемма. При этом

При этом происходит резкое увеличение 45 сердечник 9 продолжает намагничиваться, а тока утечки силового транзистора 2 вслед- сердечник 8 начинает размагничиваться и ствие увеличения напряжения на его кол- ЭДС, наведенная на полуобмотке силовой лектор-эмиттерном переходе, что приводит обмотки 4, намотанной»а сердечнике 8, к наведению на силовой обмотке 4 ЭДС, действует согласно с ЭДС на полуобмотке которая, трансформируясь в обмотку 6, вы- силовой обмотки 4, намотанной на сердечзывает открывание силового транзистора 2 50 нике 9, в результате чего на участке )Э вЂ” -В и ток в нагрузку начинает поступать:. в диаграмме напряжения Uz«(фиг. 21 цепи входная клемма — силовой транзйс- наблюдается всплеск. тор 2 — силовая, обмотка 4 — нагрузка По окончании процесса размагничива)Π— вхолная клемма. Этот ток наводит ния сердечника 8 возникает ток утечки сиЭДС в обмотках 4 и 6 такого знака, что лового транзистора 2, который наводит на

С

55 транзистор 2 поллерживается в открытом обмотках 4 и 6 ЭДС такого знака, что силосостоянии и нагрузка 10 подключена к ис- вой транзистор 2 открывается и ток в наточнику питания по указанной цепи. грузку вновь поступает по параллельно сое1064363

Ю

Составитель 10. барабанов

Редактор Ю. Ковач Техред И. Верес Корректор В.гириик..Заказ 1Ы52/54 Тираж бt7 "Дадписиое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делаи изобретений н открытий

i!3035, Москва, Ж вЂ” ЭЬ, Раушскан наб., д. 4/5.Филиал ППП Патент>. r. Ужгород, ул. Проектиаи, 4 а .диненным силовым транзисторам 2 н 3— участок t4 — t s.

Таким образом, в нормальном режиме работы нагрузка 10 подключена к источнику питания через силовые транзисторы 2 и 3, работающие по следуюшему циклу: транзисторы 2 и 3 открыты; транзистор 2 открыт; а транзистор 3 закрыт; транзисторы 2 и 3 открыты; транзистор 2 закрыт, а транзистор 3 открыт и т,д. Силовые транзисторы

2 и 3 большую часть времени работают параллельно, что обеспечивает повышение

КПД. То, что переключение силовых транзисторов 2 и 3 происходит в моменты, когда один из иих, будучи подключен параллельно и поддерживающий напряжение на низком уровне, открыт, обеспечивает уменьшение пульсаций выходного напряжения в моменты переключения силовых транзисторов и потерь в эти моменты.

В нормальном режиме работы напряжения на переходе база-эмиттер транзистора

30 не достаточно для его открывания и блок 29 зашиты на процессы переключения силовых транзисторов 2 и 3 влияния не оказывает. Диод 31 не допускает разряда конденсатора ЗЗ через обмотки 5 и 7 в моменты закрытого состояния силового транзистора 3.

В блоке 14 отключения в нормальном режиме работы транзистор 22 открыт током базы, проходящим через управляющий ключ

15, резистор 23 и эмиттерный переход транзистора 22, и шунтирует база-эмнттерный переход транзистора 21, который из-за этого закрыт, и блок 14 отключения не оказывает влияния на процессы переключений силовых транзисторов 2 и 3.

В аварийном режиме при перегрузках и коротких замыканиях в нагрузке 10 напряжение на обмотках резко увеличивается вследствие увеличения тока н напряжения на силовых обмотках 4 и 5, т.е. увеличится величина отпнраюшего напряжения на переходе база-эмиттер транзистора 30, в результате чего ои открывается и пропускает ток

5 в базу транзистора 21, который также открывается. Из-за этого часть тока базовых обмоток 6 и 7 отводится через развяэываюшне диоды 11 и 12, резистор 26 и коллектор-эмиттерный переход транзистора 21, в резуль-. тате чего ток базы силовых транзисторов 2 и 3 уменьшается, они запираются и отключают нагрузку 10 от источника питания.

Для повторного подключения нагрузки 10 к источнику питания, после устранения причины возникновения аварийного режима, надо разомкнуть н вновь замкнуть управ15 ляюшнй ключ 15. Введение в узел защиты транзистора 30 повышает чувствительность устройства при перегрузках.

Принудительное отключение нагрузки 10 осуществляется при размыкании управляю20 щего ключа 15. При этом разрывается цепь тока базы транзистора 22, он закрывается, а транзистор 21 открывается, так как в его баэовыи электрод поступает ток через резистор 24. В результате ток базы силовых транзисторов 2 и 3 уменьшается, так как часть тока базовых обмоток б н 7 ответвляется через развязываюшие диоды 11 и 12, резистор 26 и транзистор 21, из-за чего они выходят из состояния насыщения и закрываются, отключая нагрузку 10 от источника питания.

Использование изобретения позволяет создать коммутационно-защитную аппаратуру, обладаюшую высоким КПД, что обусловит возможность ее применения на авто35 номных объектах, и высокой чувствительностью, достаточной для эффективной защиты электрических цепей и коммутируемой электронной аппаратуры от токовых перегрузок.