Ключ постоянного тока

12839 Изобретение относится к импульсной технике, а именно к переключателям электрической энергии в цепях постоянного тока, и может быть использовано для коммутации активных, активно-индуктивных и емкостных нагрузок в устройствах автоматики и греобразовательной техники.Цель изобретения - повьппение надежности при одновременном уменьше нии массы и объема.На чертеже приведена принципиальная электрическая схема ключа постоянного тока.Ключ постоянного тока содержит силовой 1 и два управляющих 2 и 3 транзистора, трансформатор тока 4, диоды 5-8 конденсатор 9 и токоограничивающий двухполюсник 10, Коллектор-эииттерный переход силового тран зистора 1 последовательно с обмоткой 11 токового трансФорматора 4 псдключеп к выходным клеммам. Последовательно включенная обмотка 12 токо вага трансформатора 4 и параллельно соединенные диод 5 и конденсатор 9 подсоединены к управляющему переходу силового транзистора 1. Эмиттеры первого 2 и второго 3 упра.вляющих транзисторов соединены между собой и подключепы к первой клемме 13 для подключения источника управления, средней клемме 14 для подключения вспогисгательцого биполярного напряжения и первому выхсду диода б, Базы управ 35 ляющих транзисторов 2 и 3 связаны со второй клеммой 15 для подключения источника управления, Коллектор управляющего транзистора 2 через днад40 7 и обмотку 16 токового трансформа.- тора 4 подсседнн.н к первой клемме 17 для подключения вспомогательного биполярного пагряжения, Коллектор управляю 1 цего транзистора 3 через45 последовательно включенные обмотку 18 токового трансформатора 4, диод 8 и токоограпичивающий двухполюсник 10 подсоединен кс второй клемме 19 для подключения вспомогательного бипо 50 лярнога напряжения, Один вывод обмотки 20 токового трансформатора 4 подключен к точке соединения обмотки 18 этого же трансформатора с последовательно включенными диодом 8 и токо" ограничивающим двухполюсником 10, а также к эииттеру введенного третьего управляющего транзистора 21, а другой вывод обмотки 20 подсоедчнен к вта 59 2рому выводу диода 6. Коллектор упомянутого третьего управляющего транзистора 21 через пятый введенный диод 22 подсоединен к второй клемме 19 для подключения вспомогательного биполярного напряжения, его эмиттерный переход зашунтирован первым введенным резистором 23, а база через второй введенный резистор 24 соединена с коллектором второго управляющего транзистора 3.Ключ постоянного тока работает следующим образом.В закрытом состоянии силового транзистора 1 положительным сигналои управления насыщен второй управляющии транзистор 3, При этом по обмотке 18 токового трансформатора 4 от клеммы 19, через диод 8 и тскосграничивающгйдвухполюсник 10 протекает ток, поддерживающий сердечник токового трансформатора 4 в насьпценногл состоянии, например в точке на петле гистерезиса с координатами - Б и Н , Напряжение на всех обмотках токового трансформатора 4 равно нулю, и силовой транзистор 1 заперт напряжением конденсатора 9.Включение ключа осуществляется подачей на клемму 15 отрицательного управляющего напряжения, открываю - щего первьп управляющий транзистор 2 и запирающего второй управляющий транзистор 3, От клеммы 17 для подключения источника вспоиогательного биполярного напряжения пс обмотке 16 токового трансформатора 4 через диод 7 и первый управляюгций транзи - стор 2 начинает протекать ток, который совместно с таком, протекавшим ранее по обмотке 18, пересчитывается в обмотку 12 токового трансформатора 4, создавая отпирающий базовый ток для силового транзистора 1. Силовой транзистор 1 открывается, и по обмотке 11 токового трансформатора 4 начинает протекать ток нагрузки, этот ток пересчитывается в обмотку 12, обеспечивает лавинообразное насыщение силового транзистора 1, Ва включенном состоянии насьпценное состояние силового транзистора. 1 обеспечивается действием цепи положительной обратной связи через обмотки 11 и 12 токового трансформатора 4. При этам,под действием суммы напряжений на эииттерном переходе силового транзистора 1 и диоде5 происходит обратное перемагничивание сердечника токового трансформатора 4: значения В и Н стремятся к нулю. Напряжение обмотки 18 токового трансформатора 4 через рези стор 24 прикладывается к эмиттерному переходу третьего управляющего транзистора 21 в запирающей полярности, и транзистор закрыт,Данное состояние продолжается до смены по лярности управляющего напряжения на клеммах 13 и 15. Положительное напряжение, приложенное к клемме 15 запирает первый 2 и насыщает второй 3 управляющие транзисторы, При этом, последовательно включенные обмотки 18 и 20 оказывается закороченными через насыщенный второй управляющий транзистор 3 и диод 6. Суммарное напряжение на этих обмотках определяется падением напряжения на упомянутых элементах, а ток определяется током, протекающим по обмотке 11. Поскольку суммарное число витков обмоток 18 и 20 всегда выбирается25 на много больше, чем обмотка 12, напряжение на последней становится меньше напряжения конденсатора 9, и начинается процесс форсированного рассасывания силового транзистора 1. ф Поскольку на интервале рассасывания силового транзистора 1 сохраняется первоначальная полярность напряжения на обмотках токового трансформатора, уменьшается только его величина, изменение В(Т) и Н(1) происходит в ту же сторону, что и на интервале импульса. После окончания процесса рассасывания цепи обмоток 11 и 12 токового трансформатора 4 обрывается, и40 полярность напряжения на его обмотках зависит от мгновенных значений В(й) и Н(р). Если В(си) и Н(е) не успели уменьшиться до нуля сразу после окончания процесса рассасывания силового транзистора 1, полярность напряжения на обмотках токового трансформатора 4, определяемая состояние его сердечника, не изменяет знак, и ток намагничивания обмотки 18,отпирает диод 8, Напряжение, присутствующее на клемме 19, через открытый диод 8 и токоограничивающий двухполюсник 10 прикладывается к обмотке 18. Полярность напряжения на всех обмотках токового транс- форматора 4 меняет знак и ток намагничивания, протекавший по обмотке 18, не меняя направления протекания, начикает увеличиваться. Значения В(С) иН(С) уменьшаются стремясь к точке -В, Н, определяемой параметрами токоограничивающего двухполюсника 10 ивеличиной напряжения на клемме 19,Напряжение обмотки 18 токового трансФорматора 4 через резистор 23 насыщает третий управляющий транзистор21, однако ток в его коллекторной цепи не протекает, так как диод 22заперт падением напряжения на диоде8 и токоограничивающем двухполюснике10. В этом режиме работа прецлагаемого устройства мало чем отличаетсяот известного,Если к моменту окончания процесса рассасывания силового транзистора1 величины В и Н(С) поменялизнак, т.е. стали больше нуля, сразупосле выключения силового транзистора 1 полярность напряжений на обмотках токового трансформатора изменит"ся, и диод 8 окажется закрытым Напряжения на обмотках токового трансформатора начнут увеличиваться по закону, определяемому его паразитнымипараметрами. Полярность напряженияна обмотке 18 при этом будет отпирающей для третьего управляющего транзистора 21 и поэтому, когда напряжение на обмотке 18 превысит напряжение на клемме 19 на величину падения напряжения на диоде 22 и насыщенном третьем управляющем транзисторе 21, ток .намагничивания начнет3протекать через вспомогательный источник двуполярного напряжения, осуществляя рекуперацию энергии, накопленной в сердечнике токового трансформатора. Поскольку напряжение,приложенное к клемме 19 всегда заведомо больше, чем падение напряженияна диоде 22 и насыщенном третьемуправляющем транзисторе 21, величинаобратного найряжения, приложенногок эмиттерному переходу силового транзистора 1 ограничивается практически на том же уровне, что и в случаеработы токового трансформатора 4в однотактном режиме. После уменьшения тока намагничивания, протекающегопо обмотке 18, до нуля, диод 22 запирается, и дальнейшее обратное перемагничивание сердечника токовоготрансформатора происходит от напряжения, приложенного к клемме 19 черездиод 8 и .токоограничивающнй двухполюсник 10, После достижения рабочей1283959 6 Формула изобретения Ключ постоянного тока по авт.свУ 970694, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения надежноСоставитель Г. ТерешинаТехред Н.Глущенко Редактор И, Сегляник КорректоР И, Муска Заказ 7458/57 Тираж 899ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписнбе Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 точкой на петле гистерезиса координат - В и Н процесс обратногоперемагничивания сердечника токовоготрансформатора 4 заканчивается, иключ готов к новому включению. Послеочередной смены полярности управляющего напряжения процессы в ключе постоянного тока повторяются. сти,в него введены третий управляющий транзистор, два резистора и пятый диод, причем эмиттер третьего управляющего транзистора подключен к общей точке четвертой и дополнительной обмоток токового трансформатора, коллектор через пятый диод соединен с второй клеммой источника вспомогательного биполярного напря жения, база-эмиттерный пеРеход третьего управляющего транзистора эашунтирован первым резистором, а база через второй резистор подключена к коллектору второго управляющего тран зистора,