Бесконтактное коммутационное устройство

 

1. БЕСКОНТАКТНОЕ КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее управляе й .1й электронный ключ, последовательно с выходной цепью которого и шинами источника питания включена индуктивная нагрузка, магнитный реактор , первая обмотка которого первым выводом соединена через индуктивную нагрузку с первой шиной источника питания, вторая первым выводом - с второй пшной источника питания и первой обкладкой первого конденсатора, а вторым выводом - с анодом первого диода, отличающееся тем, что, с. целью повышения КПД и надежности, в него дополнительно введены второй и третий диоды и второй конденсатор,причем вторая обкладка первого конденсатора соединена с анодом второго диода, катод которого подключен к второму выводу первой обмотки магнитного реактора, катод первого диода через «i второй конденсатор соединен с первым выводом первой обмотки магнитного реактора и через третий диод - с второй обкладкой первого крнденсатопя .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ, РЕСПУБЛИК (19) (Н»

3(51) Н 03 К 17 64

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3519647/18-21 (22) 06. 12.. 82 (46) .30.03.84. Бюл. У 12 (72) Б.А.Глебов (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 681.382(088.8) (56) 1. Моин В. С. и др. Стабилизиро-. ванные транзисторные преобразователи.

М., 1972, с. 346, рис. 9-19-а.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке В 3354326/07, кл. Н 03 К 17/64, 27.05.82 (прототип). (54)(57) 1. БЕСКОНТАКТНОЕ КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее управ- . ляемый электронный ключ, последовательно с выходной цепью которого и шинами источника питания включена индуктивная нагрузка, магнитный реактор, первая обмотка которого пер" вым выводом. соединена через индуктивную нагрузку с первой шиной источника питания, вторая первым выводом — с второй шиной источника питания и первой обкладкой первого конденсатора, а вторым выводом - c анодом первого диода, о т л и ч а— ю щ е е с я тем» что, с целью повы- . шения КПД и надежности, в него дополнительно введены второй и третий диоды и второй конденсатор, причем вторая обкладка первого конденсатора соединена с анодом второго диода, катод которого подкпючен к второму выводу первой обмотки магнитного реактора, катод первого диода через второй конденсатор соединен с первым выводом первой обмотки магнитного реактора и через третий диод — с второй обкладкой первого конденсатооя.

1083363

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, в него дополнительно введен четвертый

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в силовой полупроводниковой преобразовательной технике.

Известно бесконтактное устройство, содержащее силовой управляемый ключ, последовательно с выходной цепью которого включена индуктивная нагрузка, а параллельно выходной цепи— соединенные последовательно конден- ® сатор и диод, эашунтированный резис" тором C1 J.

Недостаток известного устройства— низкий КПД из-за потерь в резисторе.

По технической сущности наиболее близким к изобретению является бесконтактное коммутационное устройство, содержащее управляемый электронный ключ, последовательно с выходной цепью которого и шинами источника питания включена индуктивная нагрузка, магнитный реактор, первая обмотка которого первым выводом соединена через индуктивную нагрузку с первой шиной источника питания, вторая обмотка первым выводом — с второй шиной источника питания и первой обкладкой первого конденсатора, а вторым выводом — с анодом первого диода С25.

Недостатком этого устройства явля; ется наличие кратковременных выбросов напряжения на запирающемся силовом управляющем ключе из-за наличия потока рассеяния обмоток магнитного реактора, что ведет к увеличению коммутационных потерь энергии и сни- жению надежности.

Цель изобретения — повышение КПД и надежности.

С этой целью в бесконтактное ком40 мутационное устройство, содержащее управляемый электронный ключ, после I довательно с выходной цепью которого и шинами источника питания включена индуктивная нагрузка, магнитный ре. 45 актор, первая обмотка которого.пердиод, анод которого соединен с анодом первого диода, а катод — с вторым выводом первой обмотки магнитного реактора.

2 вым выводом соединена через индуктивную нагрузку с первой шиной источника питания, вторая обмотка первым выводом — с второй шиной источника питания и первой обкладкой первого конденсатора, а вторым выводом — с анодом первого диода, дополнительно введены второй и третий диоды и второй конденсатор, причем вторая обкладка первого конденсатора соединена с анодом второго диода, катод которого подключен к второму выводу первой обмотки магнитного реактора, катод первого диода через второй конденсатор соединен с первым выво-. дом первой обмотки магнитного реактора и через третий диод — с второй обкладкой первого конденсатора.

Кроме того, дополнительно введен четвертый диод, анод которого соединен с анодом первого диода, а катод— с вторым выводом первой обмотки магнитного реактора.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема предложенного устройства для первого варианта исполнения; на фиг.2 †. второй вариант исполнения предложенного устройства при бестрансформаторной схеме включения-нагрузки.

Устройство содержит шины 1 и 2 источника питания, индуктивную нагрузку 3, силовой управляемый ключ

4, магнитный реактор 5 с первой и второй обмотками 6 и 7, диоды 8 ° ..10, конденсаторы 11 и 12, четвертый диод

13, третью обмотку 14 и коммутирующую обмотку 15 магнитного реактора.

Индуктивная нагрузка выполнена на элементах 16-18.

В устройстве (фиг. 1) между шинами и 2 включены соединенные последовательно индуктивная нагрузка 3 и силовой управляемый ключ 4. Нагрузка представлена первичной обмоткой трансформатора (элемент 16), у которого вторичная обмотка подключена к

1083363

3 активной (энергопотребляющей) части нагрузки (элемент 17) через коммутирующий диод (элемент 18). В устройстве имеется .магнитный реактор 5, содержащий первую обмотку 6 и вторую обмотку 7. Начало первой обмотки 6 соединено с катодом первого диода 8,а конец второй обмотки 7 — с анодом второго диода 9.

Первая обмотка 6 магнитного реак- 10 тора 5, первый диод Ь, третий диод

10, второй диод 9 и вторая обмотка 7 магнитного реактора 5 соединены последовательно и образуют первую последовательную цепь, подключенную парал- 15 лельно выходной цепи силового управ- . ляемого ключа 4. В этой последовательности цепи обмотки 6 и 7 включены согласно, также в одном направлении (согласно) включены диоды 8, 20

10и 9.

Первый конденсатор 11, третий диод. 10 и второй конденсатор 12 соединены последовательно и образуют вторую последовательную цепь, также под- 25 ключенную параллельно выходной цепи силового управляемого ключа 4.

Между началом первой обмотки 6 магнитного реактора 5 и концом второй обмотки 7 включена цепь с вентильной проводимостью, выполненная в виде четвертого диода 13, шунтирующая соединенные последовательно диоды 8, 10 и .9.

В устройстве (фиг.2) индуктивная 35 нагрузка 3 содержит соединенные пос-ледовательно обмотку дросселя и активную часть нагрузки, причем соединенные последовательно элементы 16 и, 17 нагрузки 3 шунтированы коммутиру- 40 кицим диодом (элемент 18).

В магнитный реактор 5 введены третья обмотка 14 и коммутирующая обмотка 15. Третья обмотка 14 и четвертый диод 13 соединены последова- 45 тельно и образуют цепь с вентильной проводимостью, включенную между началом первой обмотки 6 магнитного реактора 5 и концом второй обмотки ?.

Витки коммутирующей обмотки !5 вклю- 50 чены в схеме последовательно с выходной цепью силового управляемого ключа 4 между электродом выходной цепи силового управляемого ключа и выводом нагрузки 3. 55

Принцип действия устройства, схема которого представлена на фиг.1, состоит в следующем.

При отпирании силового управляемого ключа 4 начинается разряд конденсатора 11 по контуру: диод 8, обмотка 6, ключ 4 и разряд конденсатора 12 по контуру: ключ 4, обмотка

7, диод 9. В процессе разряда токи обмоток 6 и 7 нарастают по синусоидальному закону, а напряжение на конденсаторах уменьшается и энергия, накопленная в них, передается в сердечник магнитного реактора 5.

Пока на конденсаторах 11 и 12 остается заряд, третий диод 10 находится под обратным смещением. Когда конденсаторы разряжаются полностью, отпирается третий диод 10, и ток обмоток 6 и 7 магнитного реактора 5 начинает замыкаться по контуру: обмотка 6, ключ 4, обмотка 7, диод

9, диод 10, диод 8 и обмотка 6. При этом энергия, переданная в магнитный реактор 5, начинает выделяться в выходной цепи силового управляемого ключа 4 и в диодах 9, 10 и 8. Однако процесс отдачи энергии происходит многократно медленнее, чем процесс ее накопления в магнитном реакторе, так как падение напряжения на ключе 4 и диодах 9, 10 и 8 много меньше напряжения, до которого были заряжены конденсаторы 11 и 12 перед отпиранием силового управляемого ключа 4.

Процесс отдачи энергии из магнитного реактора5 может быть дополнительно замедлен путем введения цепи с вентильной проводимостью, которая в схеме на фиг. 1 выполнена в виде диода

13 (пунктир), а в схеме на фиг.2— в виде соединенных последовательно диода 13 и третьей обмотки !4 магнитного реактора 5.

В схеме (фиг. 1) при введении в нее четвертого диода 13 ток обмоток 6 и

7 магнитного реактора 5 после разряда конденсаторов 11 и 12 начинает замыкаться по контуру: обмотка 7, диод 13, обмотка 6, ключ 4. Исключение из контура, по которому замыкается ток обмоток 6 и 7, диодов 9, 10 и

8, обусловливает меньшие потери энергии и, слЕдовательно, более медленный вывод энергии из магнитного реактора 5.

В схеме на фиг.2 после разряда конденсаторов 11 и 12 ток обмоток магнитного реактора замыкается по контуру: обмотка 7, диод 13, обмотки

9 1083

14 и 6, ключ 4 и обмотка 7. Протекание тока по дополнительной третьей обмотке 14 обусловливает уменьшение тока обмоток 6 и ?, происходящее после отпирания диода 13 цепи из диода

13 и обмотки 14 с вентильной проводимостью. Это уменьшение тока тем более значительно, чем больше число витков обмотки 14. Уменьшение тока в этом контуре означает меньшие потери энергии и, следовательно, более медленный вывод энергии, переданной в магнитный реактор из конденсаторов

11 и 12 при их разряде через обмотки би7.

Соответствующим выбором индуктивности обмоток 6 и 7 в устройстве могут быть обеспечены условия, при которых к моменту запирания силового управляемого ключа 4 энергия, переданная в магнитный реактор 5 из конденсаторов 11 и 12, оказывается практически нерастраченной.

При уменьшении тока силового управляемого ключа 4 во время процесса

его запирания ток нагрузки 3, который практически не изменяется за короткое время запирания силового управляемого ключа 4, начинает протекать по цепи: конденсатор 12, диод

10, конденсатор 11, обеспечивая заряд конденсаторов 11 и 12. Одновременно ток обмоток 6 и 7 замыкается через эту цепь, т.е. энергия, переданная в магнитный реактор 5 из конденсаторов 11 и 12, возвращается в эти конденсаторы.

Эта цепь обеспечивает замедление нарастания напряжения на запирающемся силовом управляемом ключе 4 и, следовательно, меньшие потери энергии при запирании и повышение надежности за счет уменьшения опасности появления вторичного пробоя".

363 отвращают ненужное увеличение напряжения на. этих конденсаторах, которое могло бы произойти за счет заряда конденсаторов через обмотки 6 и 7, если бы диоды 8 и 9 отсутствовали.

В схеме на фиг.2 дополнительно введенная коммутирующая обмотка 15 предотвращает перегрузку силового управляемого ключа 4 во время процесса запирания коммутирующего диода элемента 18 цепи нагрузки 3 индуктивного характера. Пока диод находится в состоянии высокой проводимости, к обмотке 15 приложено напряжение пи15 тания, которое трансформируется в обмотки 6 и 7 и блокирует диоды 8 и 9.

Поэтому предотвращается разряд конденсаторов 11 и 12 во время проводящего состояния силового управляемого

20 ключа 4 и коммутирующего диода(элемента 18 .

После запирания коммутирующего диода (элемента 18) и при йроводящем состоянии силового управляемого ключа 4 процессы в схеме происходят подобно описанным процессам в устройстве на фиг.1.

После запирания силового управляемого ключа 4 и до момента отпира30 ния коммутирующего диода 18 процессы в схемах фиг.2 и 1 также подобны.

После отпирания коммутирующего

- диода ток обмоток магнитного реактора возвращается в источник питания.

35 Однако при этом на последовательно соединенных конденсаторах устанавливается напряжение большее, чем напряжение питания Е, в соответствие с выражением

И т+И +И .ы

U +U +U л хЕ- — з-— +1 4-+Wg Wgy .Й котором И4 W W14 W 1у числа Вит ков обмоток 6, 7 14 и 15 магнитного реактора 5.

Если указанное напряжение меньше, чем 2Е, то после окончания вывода энергии из магнитного реактора 5 диоды 8 и 9 остаются в запертом состоянии и заряд на конденсаторах 11 и 12

50 сохраняется неизменным до очередно оro отпирания силового управляемого ключа 4.

После нарастания суммарного напряжения на конденсаторах 1 1 и 12 до величины напряжения питания (при этом на конденсаторах это напряжение делится пополам) оставшаяся в магнитном реакторе 5 энергия возвращается в источник питания. После окончания возврата энергии из магнитного реактора запираются диоды 9 и 8 (или диод 13 при наличии в устройстве цепи с вентильной проводимостью) и напряжение на каждом из конденсаторов

11 и 12 остается на уровне половины напряжения питания. Диоды 8 и 9 предКак и в прототипе, коммутирующая обмотка, витки которой соединены последовательно с выходной цепью силового управляемого ключа 4, может быть выполнена двухсекционной и од7 1О83 363 Я

1 на ее секция включена последователь- ду выходной цепью силового управляено с цепью элем H70B 16 и 17, à ВТо мого ключа и конденсаторной цепью, рая — последовательно с коммутирующим предназначенной для замедления скодиодом(элементом 18 . Как и в прототи- - рости нарастания напряжения на запипе, односекционная коммутирующая об- 5 рающемся силовом управляемом ключе. мотка 15 может быть включена последовательно в цепь коммутирующего диода. Кроме того, исключение в схеме

В сравнении с прототипом предло- обмотки реактора из цепи нагрузки женное устройство обеспечивает ловы- позволяет дополнительно сократить иение КПД и надежности устройства 0 потери энергии. Это обусловлено как путем улучшения коммутационного про- уменьшением активных потерь в обмотцесса при запирании силового управля- ке, так и тем, что напряжение-на емого ключа 4 за счет исключения силовом управляемом ключе не превышаобмотки реактора (а значит и индук- ет уровня напряжения на конденсатортивности рассеяния этой обмотки) меж- 1 ной цепи.

Äèã. Г .

Составитель Л. Багян

Редактор T.Ïîðòíàÿ Техред И.Иетелева Корректор 1О.Иакаренко

Заказ 1776)52 Тираж 862 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул Проектная, 4