Устройство для защиты и коммутации цепи постоянного тока

 

Союэ Соввтскик

Социалистнческик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<в 978257 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29. 06.81 (2! ) 3307688/24-07 с присоединением заявки М (51)М. Кл.

Н 02 Н 3/087

4ЬеударетмнныИ комнтет

СССР ао делам наабретеннй н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30. 11. 82. Бюллетень РВ 44

Дата опубликования описания 02, 12 .82 (53) Уд К 621. » 6. .925(O88.8) (72) Авторы изобретения

В.Г. Еременко и O.П. Царьков

Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской

Революции энергетический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ И КОИИУТАЦИИ

ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к коммутационно-защитной аппаратуре, а именно к бесконтактным, автоматам максимальнотоковой защиты и коммутации цепи постоянного тока, и может быть использовано в электротехнических установ5 ках различного назначения, преимущественно в системах питания автономных объектов.

Известно бесконтактное устройство защиты цепи постоянного тока, содержащее магнитно-транзисторный генератор, реагирующий и исполнительный элементы (1 ).

Недостатками этого устройства являются его сложность из-за наличия двух отдельных узлов: реагируюц|его и исполнительного, а также значительные пульсации напряжения на нем в открытом состоянии. зо наиболее близким по технической сущности к изооретению является бесконтактное устройство защиты цепи постоянного тока, содержащее магнитно2 транзисторный генератор, выходная обмотка которого через выпрямитель подключена к защищаемой цепи. Генератор реагирующего органа работает в режиме автоколебаний до момента возникнове; ния короткого замыкания в защищаемои цепи, после чего происходит срыв as" токолебаний и отключение нагрузки цепи от источника питания (21, Недостатками известного устройства являются его сложность, значительные пульсации выходного напряжения в моменты переключения силовых:транзисторов и больаое значение тока управления блоком отключения.

Цель изобретения - упрощение устройства, уменьцение пульсаций выходного напряжения в моменты переключения силовых транзисторов.и уменьшение тока управления блоком отключения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты и коммута" ции цепи постоянного тока, содержащее иагнитно-транзисторный генератор форматором тока с двумя силовыми и двумя базовыми обмотками, подключенный к первой входной клемме, управллемые от управляющего ключа блоки вклю- > ченил и отключения, два развязывающих диода, включенных встречно-последовательно, общая точка которых соединена с второй входной клеммой через наства, дополнительно введен закорачивающий диод, причем раэвязывающие дио ды подключены к базам силовых тран зисторов, а их общая точка через закорачиваюций диод подключена к первому выводу нагрузки, однополярному с первой входной клеммой.

Для уменьшения пульсаций выходно- го напряженил в моменты переключения силовых транзисторов в устройство вВедена сгла><иваюцая цепь, подключенйал через нагрузку к входным клеммам и выполненнал в виде конд "нсатора, обратного диода и транзистора, коллектор которого подключен к первой входной клемме, эмиттер - к обцей точке силовых обмоток трансформатора тока, подключенной к первому выводу нагрузки, причем конденсатор подключен параллельно база-коллекторному пере:<оду транзистора, а обратный ди" од - параллельно его база-эмиттерноиу переходу.

Для уменьшения тока управления блоком отключения в указанный блок 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 управляющего ключа и первой входно" клеммы„ а коллектор закорачивающего транзистора подключен к общей точке развязывающих диодов, На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для зациты и коммутации цепи по50 стоянного TQKa.

Устройство для защиты и коммутации цепи постоянного тока содержит входные клеммы 1 и 2, магнитно-транзисторный генератор, состоящий из M двух силовых транзисторов 3 и 4 и трансформатора 5 тока с двумя силовы,ми 6 и 7 и двумя базовыми 8 и 9 об3 978257 ф с двумя силовыми транзисторами и транс- мотками, причем коллекторы силовых транзисторов 3 и 4 соединены с первой входной клеммой, эмиттер каждого иэ них соответственно через силовые обмотки 6 и 7 трансформатора 5 тока подключен к первому выводу нагрузки 10, а через соответствующие базовые обмотки 8 и 9 трансформатора 5 тока соединен с базой этого же трангрузку, подключенную к выходу устрой- to зистора, К базам силовых транзисторов 3 и 4 подключены аноды развязывающих диодов 11 и 12, включенных между собой встречно-последовательно, к общей точке которых подключен анод коротлщего диода 13, катод которого подключен к первому выводу нагрузки 10, Блоки включения 14 и отключения 15 управллютсл от управляюцего ключа 16,1 который может быть контактным и бесконтактным, например может быть выходом цифровой управляющей машины.

Управллемый блок 14 включения со- стоит из запускающего транзистора 17, коллектор которого через резистор 18 подключен к первой входной клемме,. эмиттер - к базе силового транзистора 4, 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 выполнен в виде отключающего транзистора 22, закорачивающего транзистора 23 и резисторов 24-27.

Сглаживающая цепь состоит из транзистора 28, конденсатора 29 и обратного диода 30, Устройство работает следующим образом.

Б исходном состоянии источник питания подключен к входным клеммам 1 и

2, а управляющий ключ 16 закрыт. !

В нормальном режиме работы при открывании управляющего ключа 16 по цепи: входная клемма 1 - управляаций ключ 16 - резистор 20 - диод 19 — эмиттерный переход транзистора 17 - базовая обмотка 9 - силовая обмотка 7нагрузка 10 - входная клемма 2 протекает ТоК который открывает транзис тор 17 и через его коллектор-эмиттерный переход по цепи: входная клемма 1 " резистор 18 - коллектор-эмиттерный переход транзистора 17 - базо5 9782 вая обмотка 9 - силовая обмотка 7-нагрузка 10 - входная клемма 2 поступает запускаюций импульс тока 3 С@, который наводит в базовой обмотке 9 трансформатора 5 тока ЭДС1 имеющую такую полярность, что силовой транзистор 4 открывается. Одновременно к переходу эииттер-база силового транзистора 3 приложена ЭДС запирающей полярности и он остается закры- $0 тым. По цепи: входная клемма 1 - сило вой транзистор 4 - силовая обмотка 7нагрузка 10 — входная клемма 2 начинает протекать ток, который наводит

ЭДС l3 обмотках трансформатора > то- 15 ка такого знака, что транзистор 4 поддерживается в открытом состоянии и нагрузка 10 подключена к источнику питания по указанной выше цепи.

В момент насыщения трансфориато- 20 ра 5 тока резко возрастает его намагничивающий ток, вследствие чего ток базы силового транзистора 4 уменьшается и он выходит из состолния насыщения, падение напря>кения на нем 25 увеличивается, а напряжения на обмот-, ке 7 и на всех остальных обмотках резко уменьшаются. При этом на всех обмотках транспориатора тока воз(никает ЭДС обратного знака, стремя- 50 щаясл открыть транзистор 3 и закрыть транзистор 4. В результате транзистор 3 открывается, а транзистор 4 закрывается. Теперь уже нагрузка цепи оказывается подключена к источнику питания через силовой транзистор 3 и силовую обмотку 6. Затем вновь происходит насыщение сердечника трансфориатора 5 тока и переключение силовых транзисторов 3 и 4, Такии об- 40 разом, силовые транзисторы 3 и 4 в нормальном режиме работы поочередно переключаются и обеспечивают подключение нагрузки 10 к источнику питания.

В моменты переключения силовых транзисторов 3 и 4, когда ток нагрузки 10 значительно падает, а напряжение между входной клеммой 1 и

50 первым выводои нагрузки 10 резко увеличиваетсл, в нагрузку поступает ток заряда конденсатора 29 через эмиттерный переход транзистора ?8, который открывается, вследствие чего напрл>кение между входной клеммой 1 и первым выводом нагрузки 10 уменьшается, а ток нагрузки 10 почти пол. .ностью коипенсируетсл коллекторным г7 6 током транзистора 28. По окончании момента коимутации силовых транзисторов 3 и 4 конденсатор 29 разряжается через открытый в это времл силовой транзистор 3 или 4, соответствуюцую силовую обмотку 6 или 7 трансформатора 5 тока и обратный диод 30, что уменьшает пульсации выходного напряжения в моменты переключенил силовых транзисторов. Каждые полпериода процессов переключения силовых транзисторов 3 и 4 напряжения, наво" димые на обмотках трансформатора 5 тока, являются отпираюцими для одного из развязываюцих диодов 11 или .12 и коротяцего диода 13 и запирающими для другого развяэывающего диода 12 или

11. Но в нориальнои режиме работы величина отпирающего напряжения не достаточна длл открывания отмеченно,го выше раэвязывающего диода 11 или

Il? и коротяцего диода 13. В результа,те в нормальном режиие работы оба развлзывающих 11 и 1? и коротяций 13 диоды закрыты и на процессы переключений силовых транзисторов 3 и 4 влияния не оказывают.

В нормальном режиме работы в блоке отключения отключаюций транзистор ?2 открыт током базы, проходящим через управляюций ключ 16, резистор 24 и эииттерный переход отключающего транзистора 22, и шунтирует база-эииттерный переход закорачивающего транзистора 23, в результате чего он оказывается закрыт и не влияет на процессы переключений силовых транзисторов 3 и 4.

В аварийном режиме (при перегрузках и коротких замыканиях в нагрузке 10) напрлжения на обмотках трансформатора 5 тока увеличиваются вследствие увеличения напрлжения на его силовых обмотках 6 и 7, т.е. увеличится величина отпирающего напряжения раэвязываюцих 11, 12 и коротящего 13 диодов, в результате чего последние открыва" ются. Из-за этого ток базы силового транзистора 3 или 4 уменьшается и он выходит из состояния насыщения, падение напрлжения на нем увеличивается, а напряжения на силовой 6 или 7 и остальных обмотках резко уменьшаются. При этом на всех обмотках трансформатора g тока наводятся ЭДС обрат" ного знака, стремящиеся закрыть ранее открытый силовой транзистор 3 или 4, который в результате закрывается и откл>эчает нагрузку 10 от источника

7 9782 питания. Для повторного, подключения нагрузки к источнику питания, после устранения причины возникновения аварийного режима, надо закрыть и вновь открыть управляющйй ключ- 16.

Принудительное отключение нагрузки происходит при закрывании управляюцего ключа 16. При этом разрывается цепь -тока базы отключающего транзистора 22, он закрывается, а зако- tO рачивающий транзистор 23 открывается, так как в его базовый электрод поступает ток через резистор 25. В рвзультате ток базы открытого в данный момент силового транзистора 3 или 4 уменьшается, так как часть тока базовой обмотки 8 или 9 ответ" вляется через развязывающий диод 11 или 12, резистор 26 и транзистор 23, из-за чего он выходит из состояния 29 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 2$ наводятся ЭДС обратного знака, стре" мящиеся закрыть ранее открытый силовой транзистор 3 или 4, который в результате закрывается и отключает нагрузку 10 от источника питания. 30

Таким образом, ток управления блоком отключения равен току базы отключающего транзистора, который мал по величине.

Предлагаемое техническое решение чозволяет упростить устройство для защиты и коммутации цепи постоянного тока.

Формула изобретения 40

1. Устройство для защиты и коммутациии цепи постоянно го то ка, содержащее магнитно-транзисторный генератор с двумя силовыми транзисторами и 45 трансформатором тока с двумя силовыми и двумя базовыми обмотками, подключенный к первой входной клемме, управ" ляемые от управляющего ключа блоки включения и отключения, два развязы- sa вающих диода, включенных встречно-по-. следовательно, общая точка которых соединена с второй входной клеммой через нагрузку, подключенную к выходу устройства, о т л и ч а ю щ е ес 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 и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения пульсации выходного напряжения в моменты переключения силовых транзисторов, дополнительно введена сглаииваюцая цепь, подключенная через нагрузку и входным клеммам и выполненная в виде конденсатора, обрат" ного диода и транзистора, коллектор которого подключен к первой входной клемме, эмиттер - к обцей точке силовых обмоток трансформатора тока, подключенной и первому выводу нагрузки, причем конденсатор подключен параллельно база-коллекторному переходу транзистора, а.обратный диод - параллельно его база-эмиттерному переходу.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я 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 отключаю- щего транзистора подключена к первому выводу управляющего ключа, его коллектор и база закорачивающего транзис" тора подключены к точке соединения второго вывода управляющего ключа и первой входной клеммы, а коллектор закорачивающего транзистора подключен

g общей точке развязывающих диодов, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетелвство СССР 342257, кл. Н 02 Н 3/087, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

У 597041, кл. Н 02 Н 3/087, 1978,