Устройство для бездуговой коммутациицепей постоянного toka

Устройство для бездуговой коммутациицепей постоянного toka

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП НСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ы АВТ(ЖСЗИИАУ СВИЛЕТЕЛЬСТВУ

Соеоз Советских

Социвлистических

Республик

< >817770 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 11.05.77 (21) 2484571/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К .

Н01 Н9/30

Гееударстеенный КоМНТВТ

СССР

° в делам наебретеннй н етнрытнй

Опубликовано 30.03.81. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 05.04.81 (53) УДК б21.316..337 (088.8) А. В. Велин, С. С. Голощапов, В. В. Злакоманов, А. Н. Кулик, P. В. Кривошеев, Л. А. Озеров и Б. С. Яковлев (72) Л втор ы изобретения

Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (71) Заявитель (54) УСТРОЙС7ВО ДЛЯ БЕЗДУГОВОЙ КОММУТАЦИИ

ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для бездуговой коммутации (включения, выключения) потребителей электроэнергии в цепях автономных электрических систем постоянного тока, используемых, например, на транспортных средствах и подвижных объектах техники.

Известен гибридный переключатель постоянного тока, содержащий главные силовые контакты электромеханического коммутирующего аппарата, основной управляемый тиристор, подключенный параллельно главным контактам, схему отключения основного тиристора с использованием конденсатора, ключ управления и согласующую цепь для коммутации основного тиристора в соответствующие моменты времени (1) .

Однако данное устройство не позволяет снизить высокий уровень коммутационных отклонений напряжения системы электроснабжения, так как тиристоры не могут работать в режиме управляемого во времени ключа, при этом снижается и надежность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является комби2 нированныи выключатель, содержащий силовые контакты коммутирующего аппарата, управляемый силовой транзистор, подключенный параллельно силовым контактам, блой формирования сигналов управления посредством конденсатора и резисторов, контакты аппарата, подключенные параллельно конденсатору. Кроме того, выключатель межует иметь ключ управления коммутирующвм аппаратом (2). . Недостатками известного устройства являЮтся невысокая надежность и значительная величина коммутационных отклонений напряжения.

Цель изобретения — повышение надежности, уменьшение величины коммутационныл отклонений напряжения и уменьшение коМмутационных провалов напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для бездуговой коммутации цепей постоянного тока снабжено пороговым элеМентом, дополнительным замыкающим контактом ключа управления, стабилизато о ром тока включения и стабилизатором тока отключения, причем размыкающий контакт ключа управления включен дтежду базой эмиттерного повторителя и входом стаби817770 лизатора тока отключения, замыкающии контакт ключа управления включен между базой эмиттерного повторителя и входом стабилизатора тока включения, а дополнительный замыкающий контакт ключа управления включен между коллектором тран- 5 зистора и входом порогового элемента, подключенного выходом к катушке управления коммутирующего аппарата.

На чертеже представлена принципиаль 0 ная электрическая схема устройства для коммутации.

Устройство содержит силовой контакт 1 коммутирующего аппарата, катушку 2 управления, шунтированную обратным диодом

3, транзистор 4, подключенный выходом параллельно контакту 1, стабилизатор тока включения в виде времязадающей цепи на транзисторе 5 и переменном резисторе 6, времязадающий конденсатор 7, эмиттерный повторитель на транзисторе 8 и резисторе 9, замыкающий контакт 10 ключа управления, 20 стабилизатор тока отключения в виде времязадающей цепи на транзисторе 11 и переменном резисторе 12, размыкающий контакт 13 ключа управления, пороговый элемент 14, выполненный по схеме триггера

Шмитта на диоде 15, транзисторах 16 и 17 и резисторах 18 — 22, дополнительный размыкающий контакт .23 ключа управления, подключенный одним выводом к коллектору транзистора 4, а другим — ко входу порогового элемента 14, т. е. к аноду диода 15. 30

Потребитель 24 использует для своего функционирования электроэнергию источника 25, например электромашинного генератора постоянного тока, обладающего внутренним сопротивлением 26 активно-индуктивного характера. Контакт 23 ключа уп35 равления замыкается при замыкании контакта 10 и размыкается при замыкании контакта 13. База транзистора 4 подключена к выходу эмиттерного повторителя — эмиттеру транзистора 8.

Устройство работает следующим образом.

В разомкнутом состоянии цепи потребителя 24 контакт 13 замкнут, а контакт 10 ключа управления разомкнут, при этом разомкнут также контакт 23. Пороговый эле- 45 мент 14 построен таким образом, что его выходной сигнал отсутствует, поэтому катушка 2 обесточена, вследствие чего контакт 1 разомкнут. Разряженный конденсатор 7 при этом позволяет удерживать транзистор 4 в состоянии отсечки неопределенное время. Уровень срабатывания порогового элемента 14 может устанавливаться в широких пределах и определяется при расчете параметра схемы.

При переводе ключа управления в другое положение замыкаются контакты 10 и 23 и размыкается контакт 13. При этом замыкается цепь стабилизатора тока включения.

Поскольку транзистор 5 и резистор 6 соедииены по схеме стабилизатора тока, то конденсатор 7 заряжается стабильным током, а напряжениЕ на нем линейно нарастает от нулевой величины. Величина тока заряда определяется установочным сопротивлением резистора 6. На выходе эмиттерного повторителя формируется сигнал замыкания (изменяющийся также линейно), под действием которого транзистор непрерывно изменяет свое состояние, и ток в цепи потребителя при этом нарастает по линейному закону от нуля. При определенной величине сигнала замыкания транзистор 4 входит в область насыщения и процесс замыкания цепи транзистором 4 заканчивается. Величина развиваемой ЭДС самоиндукции AU на сопротивлении 26 источника 25 определяется выражением

6U = L

Т (1)

Ф. где L — индуктивность источника относительно выходных зажимов;

1 — величина номинального тока потребителя;

t — время замыкания цепи.

При заданных величинах L и 1 путем изменения величины t можно регулировать величину И3 на требуемом уровне и тем самым уменьшить величину отклонения напряжения +U на выходном зажиме источника при замыкании цепи. Время 1 определяется емкостью конденсатора и током стабилизатора. Уровень (порог) срабатывания элемента 14 выбирается по величине напряжения насыщения транзистора 4, поэтому указанный элемент срабатывает в момент насыщения транзистора 4 и подключает катушку 2 к источнику напряжения +U.

После этого контакт 1 замыкается и надежно блокирует транзистор 4, при этом полупроводниковый шунт позволяет устранить процесс искро- и дугообразования при замыкании и дребезге контакта 1. Потребитель 24 надежно подключается к источнику

25, и под действием напряжения +U пороговый элемент надежно удерживает катушку 2 во включенном состоянии. Таким образом, контакт 1 при замыкании использует информацию о состоянии транзистора 4. Момент, замыкания контакта 1 регулируется путем установки необходимого напряжения срабатывания порогового элемента 14, который выполняет функцию согласующего органа.

При переводе ключа управления в исходное положение контакты 10 и 23 размыкаются, а контакт 13 замыкается, в результате входной сигнал порогового элемента 14 скачком уменьшается до нуля, а сам элемент возвращается в исходное состояние. Ток катушки 2 уменьшается до нуля, замыкаясь через диод 3 и в определенный момент времени контакт 1 размыкается. Ток потребителя 24 перетекает при этом в цепь шунтирующего транзистора 4. С учетом требований, накла817770ни

Таким образом, устройство осуществляет безразрывную- коммутацию в цепи электрической системы. Комбинирование контакта

1 с транзистором 4 позволяет обеспечить кратковременный режим работы последнего, что дает возможность использовать перегрузочную способность транзисторов при работе в импульсных режимах. В случае необходимости возможно параллельное соединение или использование составного транзистора 4. В качестве элемента 14 можно использовать и другие полупроводниковые устройства, например компараторы или релейные усилители.

45 дываемых на параметры шунтирующей ветви с транзистором 4, довольно просто достигается процесс бездуговой коммутации в рас сматриваемой цепи электрической системы.

При замыкании контакта 13 замыкается цепь стабилизатора тока отключения. Транзис5 тор 11 и резистор 12 соединены по схеме стабилизатора тока, поэтому конденсатор 7 разряжается стабильным током и напряжение на нем линейно уменьшается от напряжения питания системы до нуля. Величина 1О тока разряда определяется установочным сопротивлением резистора 12.

На выходе эмиттерного повторителя формируется линейный сигнал размыкания, под действием которого транзистор непрерывно изменяет, свое состояние. Ток в цепи потре- 15 бителя при этом спадает по линейному закону от величины 1 до нуля. Величина развиваемой ЭДС самоиндукции 5U на сопротивлении 26 источника 25 определяется выражением

hU = — L

t где t — время размыкания цепи транзистором.

При заданных величинах 1 и 1 путем из- 5 менения величины t можно регулировать величину на требуемом уровне и тем самым уменьшить величину отклонения напряжения

+U на выходном зажиме источника при размыкании цепи. Время t определяется емкостью конденсатора и током стабилиза- 50 тора. Момент выхода транзистора 4 в граничный режим из области насыщения определяется величиной напряжения на конденсаторе 7, меньшей исходной величины напряжения на нем при размыкании, поэтому процесс размыкания контакта 1 заканчивается к указанному моменту времени.

Для формирования процесса размыкания контакта 1 в цепь шунтирующего диода 3 целесообразно включать форсирующий элемент, например стабилитронный приемник 4о энергии, что существенно повышает быстродействие устройства при размыкании. Если исключить из схемы транзисторы 5 и 11, то .управление транзистором 4 происходит по закону экспоненты с постоянными времеИзобретение позволяет повысить надежность работы и долговечность устройства посредством ликвидации опасных выбросов напряжения в системе, повысить качество электроэнергии за счет уменьшения величины коммутационных отклонений напряжения на зажимах источника, увеличить электрическую износоустойчивость силовых контактов, упростить эксплуатацию устройства посредством использования типовых элементов и создания условий,. обеспечивающих согласованную работу силовых контактов и транзисторного шунта и упростить настройку с целью получения заданных норм качества электроэнергии.

При использовании предлагаемого устройства достигается высокая эффективность функционирования.

Формула изобретения

Устройство для бездуговой коммутации цепей постоянного тока, содержащее транзистор, подключенныи параллельно силовому контакту коммутирующего аппарата, эмиттерный повторитель, подключеннный эмиттером к базе транзистора, времязадающий конденсатор, подключенный к базе эмиттерного повторителя, катушку управления коммутирующего аппарата, зашунтированную обратным диодом и ключ управления с замыкающим и размыкающим контактами, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, уменьшения коммутационных перенапряжений и уменьшения коммутационных провалов напряжения, оно снабжено пороговым элементом, дополнительным замыкающим кон гактом ключа управления, стабилизатором тока включения и стабилизатором тока отключения, причем размыкающий контакт ключа управления включен между базой эмиттерного повторителя и входом стабилизатора тока отключения, замыкающий контакт ключа управления включен между базой эмиттерного повторителя и входом стабилизатора тока включения, а дополнительный замыкающий контакт ключа управления включен между коллектором транзистора и входом порогового элемента, подключенного выходом к катушке управления коммутирующего аппарата.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Спиридонов В., Ткаченко Ю. и Чалый М.

Выключение шунтирующего вентиля в системе бездугового разрыва цепей.-Сб. «Электротехническая промышленность», вып. 305, М., 1968, с. 12 — 13.

2. Марактанов В. А. и Пивненко А. Д.

О возможности создания выключателя, работающего с заданным законом коммутации.Сб. «Электротехническая промышленность», сер. «Аппараты низкого напряжения», вып. 7, 1971, с. 7 — 8.

8!7770

Редактор М. Митровка

Заказ 992/68

Составитель О. Парфенова

Техред А. Бойкас Корректор М. Коста

Тираж 784 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская, наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4