Устройство для защиты цепи постоянного тока от токовой перегрузки

Устройство для защиты цепи постоянного тока от токовой перегрузки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.