Устройство для бездуговой коммутации цепей постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для коммутации цепей постоянного тока. Цель изобретения - повышение надежности устройства. При включеФиг .1 нии устройства сначала замыкаются контакты 9, что приводит к включению полупроводникового ключа 1, затем контакта 7. Замыкание контактов 7 происходит без дугообразовани я. При отключении нагрузки сначала размыкаются контакты 7, что приводит к включению ключа 1, затем размыкаются контакты 9. Одновременно с включением ключа 1 начинается заряд конденсатора 5, продолжительность которого составляет несколько миллисекунд. Заряд конденсатора до напряжения 0,7 - 1 В приводит к выключению ключа 1, и процесс коммутации тока заканчивается. Повышение надежности устройства достигается за счет уменьшения времени выключения ключа 1 и, соответственно , за счет энергии, выделяющейся в ключе 1 при коммутации тока. 3 ил. # - (Л С о Сл ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 01 Н 9/30

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

°ь» (Ь (л)

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4623454/07 (22) 22.12.88 (46) 28.02.91. Бюл. М 8 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) А.П."Суворов (53) 621.314.6 (088.8) (56) Патент Швейцарии М 588153, кл. Н 01 Н 9/30, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕЗДУГОВОЙ

КОММУТАЦИИ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для коммутации цепей постоянного тока. Цель изобретения — повышение надежности устройства. При включе„„Я3 „„1631619 Al нии устройства сначала замыкаются контакты 9, что приводит к включению полупроводникового ключа 1, затем контакта 7. Замыкание контактов 7 происходит без дугообразования. При отключении нагрузки сначала размыкаются контакты 7, что приводит к включению ключа 1, затем размыкаются контакты 9. Одновременно с включением ключа 1 начинается заряд конденсатора 5, продолжительность которого составляет несколько миллисекунд. Заряд конденсатора до напряжения 0,7 — 1 В приводит к выключению ключа 1, и процесс коммутации тока заканчивается. Повышение надежности устройства достигается за счет уменьшения времени выключения ключа 1 и, соответственно, за счет энергии, выделяющейся в ключе 1 при коммутации тока. 3 ил.

1631619

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам коммутации электрической цепи постоянного тока, Цель изобретения — повышение надежности устройства.

На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг.2 — осциллограмма напряжения на силовом полупроводниковом ключе в процессе выключения индуктивной нагрузки; на фиг.3 — осциллограмма тока коллектора силового полупроводникового ключа, Устройство для бездуговой коммутации цепей постоянного тока содержит силовой полупроводниковый ключ 1, транзистор с резистором, подключенным параллельно базе и эмиттеру, транзистор 2 малой мощности, коллектор которого соединен с базой силового полупроводникового ключа 1, а эмиттер — c эмиттером силового полупроводникового ключа 1, первый резистор 3, включенный между коллектором и базой силового полупроводникового ключа 1, второй резистор 4, включенный между базой и эмиттером транзистора 2 малой мощности, конденсатор 5, включенный между базой и эмиттером транзистора 2 малой мощности, третий резистор 6, включенный между коллектором силового полупроводникового ключа 1 и базой транзистора 2 малой мощности, главные контакты 7 для подключения нагрузки 8 к источнику питания, дополнительные контакты 9, которые подключают ключ 1 к главным контактам 7, При коммутации индуктивной нагрузки силовой ключ 1 шунтируется варистором 10.

Устройство для бездуговой коммутации цепей постоянного тока работает следующим образом.

При включении нагрузки 8 дополнительные контакты 9 замыкаются раньше главных KQHTBKToB 7. Ток базы силового полупроводникового ключа 1, определяемый сопротивлением резистора 3, переводит в открытое состояние силовой полупроводниковый ключ 1, который шунтирует контакты 7 и замыкает цепь нагрузки 8. Замыкание контактов 7 происходит без дугообразования при открытом силовом полупроводниковом ключе 1. При выключении нагрузки 8 сначала размыкаются контакты 7, ток базы силового полупроводникового ключа 1, определяемый сопротивлением резистора 3, переводит силовой полупроводниковый ключ 1 в открытое состояние, ток нагрузки 8 начинает протекать через контакты 9 и контакты 7 расходятся без дугообразования, Одновременно с началом протекания в цепи базы силового полупроводникового ключа 1 управляющего тока через резистор 6

15

25

30 требуется небольшой по величине ток базы, для отвода из цепи базы силового полупрочерез резистор 3, однако при этом ток через

55 резистор 6 также возрастает, что не вызыва35

45 подается ток заряда конденсатора 5. Емкость конденсатора 5выбирают исходя из условия обеспечения открытого состояния силового полупроводникового ключа 1 в течение, нескольких миллисекунд для расхождения контактов 7 на расстояние, исключающее пробой межконтактного промежутка. Данный процесс обозначен цифрой! на осциллограммах на фиг.2 и 3. Необходимость разделения во времени процессов расхождения контактов 7 и выключения силового полупроводникового ключа 1 обусловлена тем, что время выключения силового полупроводникового ключа 1 в предлагаемом устройстве составляет несколько микросекунд, а время расхождения контактов электромагнитных реле — несколько миллисекунд. Заряд конденсатора

5до напряжения 0,7 — 1 B приводит к выключению силового полупроводникового ключа

1, причем входная характеристика транзистора 2 малой мощности обеспечивает получение траектории выключения силового полупроводникового ключа 1 во времени, близкой к прямоугольной (фиг.3). Это достигается тем, что силовой полупроводниковый ключ 1 выполнен включением по схеме Дарлингтона нескольких транзисторов, поэтому для перевода его в проводящее состояние водникового ключа 1 через коллекторную цепь транзистора 2 малой мощности небольшого по величине тока управления требуется еще более меньший по величине ток в цепи базы транзистора 2 малой мощности, а наличие обратных токов в цепи базы транзистора 2 малой мощности при напряжении на конденсаторе 5, близком к нулю, придает схеме управления силовым полупроводниковым ключом 1 пороговые свойства.

Таким образом, для обеспечения быстрого перевода силового полупроводникового ключа 1 в закрытое состояние используется изменение направления протекания тока в цепи базы транзистора 2 малой мощности при изменении напряжения на конденсаторе 5 от значения, близкого к нулю, до значения 0,7 — 1 В, При выключении силового полупроводникового ключа 1 во время нарастания:" напряжения между коллектором и эмиттером силового полупроводникового ключа 1 увеличивается ток ет повторного включения силового полупроводникового ключа 1. При замкнутом состоянии контактов 7 и 9 и при разомкнутом состоянии контактов 7 и 9 конденсатор

5 разряжается до напряжения, близкого к

1631619 нулю, и устройство вновь подготовлено для коммутации, Большая скорость выключения силового полупроводникового ключа 1 в случаекоммутации индуктивной нагрузки 8 вызывает появление перенапряжений на силовом полупроводниковом ключе 1. Защита от перенапряжений может быть обеспечена с помощью варистора 10. Процесс рассеяния на варисторе 10 энергии, запасенной в индуктивной нагрузке, обозначен цифрой I I на осциллограмме на фиг.2, После завершения процесса рассеяния на варисторе 10 энергии, обусловленной индуктивным характером нагрузки, размыкаются контакты 9.

Таким образом, при включении нагрузки 8 контакты 7 должны замыкаться до окончания процесса, обозначенного цифрой 1 на осциллограмме на фиг.2, при выключении нагрузки 8 контакты 9 должны размыкаться после окончания процесса, обозначенного цифрой II на осцилограмме на фиг.2. В случае коммутации активной нагрузки 8 на осциллограмме отсутствуют процессы, обозначенные цифрой II (фиг.2), варистор 10 в этом случае может быть исключен из схемы, В выключенном состоянии силового полупроводникового ключа 1 токи утечки, обрываемые контактами 9 определяются, в основном, величиной сопротивления резистора 3. Выполнение силовго полупроводникового ключа 1 включением по схеме

Дарлингтона нескольких транзисторов позволяет применить в качестве резистора 3 резистор высокого сопротивления.

Падение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора 2 малой мощности в проводящем состоянии значительно меньше суммы падений напряжений на переходах база — эмиттер транзисторов, вкл юченных по схеме Дарлингтона и образующих силовой полупроводниковый ключ 1, при протекании управляющих токов в цепи базы силового полупроводникового ключа 1, что обеспечивает надежное запирание силового полупроводникового ключа 1, Повышение надежности устройства достигается за счет уменьшения времени вы5 ключения силового полупроводникового ключа и, соответственно, за счет снижения энергии, выделяющейся в силовом ключе в процессе коммутации нагрузки.

10 Формула изобретения

Устройство для бездуговой коммутации цепей постоянного тока, содержащее вывод для подключения источника питания и вывод для подключения нагрузки, главные

15 контакты, два транзистора, конденсатор и три резистора, причем вывод для подключения источника питания, главные контакты и вывод для подключения нагрузки соединены в последовательную цепь, коллектор

20 первого транзистора соединен с первым выводом главных контактов, первый вывод указанного конденсатора соединен с первым выводом первого резистора, о т л и.ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения

25 надежности устройства, в него введены дополнительные контакты и четвертый резистор, причем второй вывод указанного контакта соединен с эмиттером второго транзистора, второй вывод указанного пер30 вого резистора — с коллектором первого транзистора, база второго транзистора подключена к точке соединения указанного конденсатора с первым резистором, базоэмиттерный переход второго транзистора за35 шунтирован вторым резистором, эмиттер второго транзистора соединен с змиттером первого транзистора, а коллектор укаэанного второго транзистора через третий резистор соединен с коллектором первого тран40 зистора,.базоэмиттерный переход первого транзистора эашунтирован четвертым резистором, эмиттер первого транзистора через указанный дополнительный контакт соединен с вторым выводом указанных главных

45 контактов.

1631619 наг

10 иг.2

Фиг. 5

Корректор С.Черни

Редактор А.Orap

Заказ 551 Тираж 344 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель А.Колядин

Техред М.Моргентал

У, 0 10