Устройство для защиты статического преобразователя напряжения

ХВИ СОИЕТСНИХЗкклезккннРЕСПУБЛИК ПЮ (1 П 3(59 Н 02 Н 7 12 рФСУДАРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССР,ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 570952, кл. Н 02 Н 7/10; 1973.2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2912070/24-07кл. Н 02 Н 7/10 1980.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗИЦИТЫ СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯвыполненного на силовых коммутирующих элементах по двухтактной схеме, содержащее датчик тока, выполненный на двух резисторах а трансформаторе, входная обмотка которого соединена с резисторами в треугольник и подключена своими выводами в силовую цепь коммутирующих элементов,диодный выпрямитель входная диагональ которого подключена к выходной обмотке трансформатора, при этом выход выпрямителя подключен к входу порогового элемента и к базе транзистора ключа, в коллектор которого включен сигнальный элемент и тиристорный исполнитель ный элемент, анод которого соединен через предохранитель с клеююй для подключения плюсового вывода источника питания и входом. преобразователя,а катод тиристорного исполнительногоэлемента соединен с клеююй для подключения минусового вывода источника питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, он снабжено дополнительными пороговым элементом, трансформатором и вы" прямителем, дополнительным транзисторным ключом и тключевым элементом на основе тиристора и двух транзистдров реле времени, включенным между:выходом порогового элемента и управляющим электродом тиристорного исполнительного элемента, причем входная обмотка дополнительного трансформато.ра подсоединена к клеммам для подключения нагрузки и его выходная обмотка подключена к входным выводам дополнительного, выпрямителя, выходныеФ выводы которого подключены соответственно к базе и эмиттеру транзистора дополнительного ключа, коллектор которого подключен к базе транзистора основного ключа, а входная обмотка.основного трансформатора подключена к кдллекторам транзисто.ров дополнительного ключевого элемента, эмиттеры которых подсоединены к клемме для подключения мину- сового вывода источника питания и базы которых подключены к аноду тирисчора исполнительного элемента через тиристор дополнительного ключевого элемента, управляющий электрод которого подключен через дополнитель ;ный пороговый элемент к змиттерутранзистора дополнительного ключа.матор 2 и резисторы 3 и 4, причем первичная обмотка трансформатора 2 и резисторы 3 и 4 соединены треуголь,ником, к вершинам которого подключены шина питанИя и силовые коммутирующие элементы (транзисторы) статического преобразователя 5 напряжения, 35 выполненного по двухтактной мостовойсхеме, в диагональ которой включена нагрузка б, Вторичная обмотка трансформатора 2 включена во входную диагональ диодного выпрямителя 7, выход 40 которого соединен с базой транзистора ключевого элемента 8, коллектор которого соединен с сигнальным эле-ментом 9 в виде лампы накаливания и через последовательно включенные по Роговый элемент 10 и реле 11 времени - с входом исполнительного элемента 12, осуществляющего подачу напряжения на преобразователь 5 и выполненного в виде последовательно включенных в цепь источника питания пос О тоянного тока предохранителя 13 итиристорного ключа 14. Параллельно нагрузке б преобразователя включена входная обмотка дополнительного трансформатора 15, выходная обмот- ,55 ка которого через дополнительныйвыпрямитель 16 соединена с входом дополнительного ключевого элемента 17, подключенного к выходу основного выпрямителя 7 и одновременно соеИзобретение относится к преобра;зовательной технике и может бытьиспользовано дяя защиты статических преобразователей напряжения,выполненных на силовых коммутирующихэлементах по двухтактной схеме,оттоков короткого замыкания и пере-грузки.Известно устройство для защитыстатического преобразователя напряжения, содержащее датчик тока,вклю-,ченный в силовую цепь коммутирующихэлементов преобразователя, выпрямитель, соединенный с базой ключевого элемента и с пороговым элементом, который через исполнительныйблок соединен с источником питания 1),Недостатком этого устройства является невысокая надежность, обусловленная потерей работоспособностипреобразователя при обрыве цепи датчика тока.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предлагаемому является устройстводля защиты статического преобразователя напряжения, содержащее датчиктока, выполненный на двух резисторах и трансформаторе, входная обмотка,которого соединена с резисторамив треугольник и подключена своимивыводами в силовую цепь коммутирую.щих элементов, диодный выпрямитель,входная диагональ которого подключена к выходной обмотке трансфор-,матора, при этом выход выпрямителяподключен к входу порогового элемента и к базе транзистора ключа сзаземленным эмиттером, в коллекторкоторого включен сигнальный элемент, и, тиристорный исполнительныйэлемент, анод которого соединен через предохранитель с клеммой дляподключения плюсового вывода источника питания и входом преобразователя, а катод тиристорного исполнительного элемента соединен с клеммойдля подключения минусового вывода источника питания Г 2.Недостатком этого устройства является невысокая надежность, обусловленная потерей работоспособностипреобразователя в случае обрыва цепиодного из резисторов датчика тока,Цель изобретения - повышение надежности устрбйства для защиты статического преобразователя напряженияПоставленная цель достигается темчто устройство снабжено дополнительными пороговым элементом, трансфор"матором и выгрямителем, дополнительным транзисторным ключом и ключевымэлементомна основе тиристора и двухтранзисторов, реле времени, включенным между выходом порогового элемента и управляющим электродом тиристорного исполнительного элемента, причем входная обмотка дойолнительного трансформатора подсоединенак клеммам для подключения нагрузки иего выходная обмотка подключена квходным выводам дополнительного выпрямителя, выходные выводы которогоподключены соответственно к базе иэмиттеру транзистора дополнительного ключа, коллектор которого подключен к базе транзистора основного. О ключа, а входная обмотка основноготрансформатора подключена к коллекторам транзисторов дополнительногоключевого элемента, эмиттеры которыхподсоединены к клемме для подключе ния минусового вывода источника питания и базы которых подключены каноду тиристора исполнительногоэлемента через тиристор дополнитель.ного ключевого элемента, управляющий 2 О электрод которого подключен через дополнительный пороговый элемент к эм ттеру транзистора дополнительного ключа,На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для защиты статического преоб разователя напряжения.Устройство содержит датчик 1 тока, в состав которого входят трансфординена через дополнительный пороговый элемент 18 с входом ключевогоэлемента 19, подключенного к выводампервичной обмотки трансформатора 2 датчика 1 тока и к общей шине пита 65 ния. Ключевой элемент 19 выполненв виде,тиристорного ключа 20, включеййого последовательйо в цепь источ.ника питания через токоограничиваю-щий резистор 21, выравнивающие резисторы 22 и 23, транзисторы 24 и25,. включенные параллельно резисто. -рам 3 и 4 датчика 1 тока.Устройство работает следующим образом.При включении источника питания,силовые коммутирующие элементы статического преобразователя 5 напряжения попарно переключаются с частотой задающего генератора (не показан), в результате чего на нагрузкеб возникает знакопеременное напряжение прямоугольной формы, котороепосле трансформирования дополнительным трансформатором 15 и выпрямлении дополнительным выпрямителем 16подается на вход дополнительногоключевого элемента 17 и включает .его.Под воздействием токов, протекающих через плечи преобразователя5, попеременного на каждом из резисторов 3 и 4 датчика 1 тока появляются импульсы напряжения длительностью, равной половине периода, которые прикладываются к входной обмоткетрансформатора 2, в результате чегос выходной обмотки последнего снима- ЗОется знакопеременное напряжение.Это напряжение выпрямляется выпрямителем 7 и поступает одновременнона входы порогового элемента 10,нлючевого элемента 8 и через дополнительный ключевой элемент 17 - навход дополнительного порогового элемента 18. Коэффициент трансформациитрансформатора 2 выбирается таким,чтобы величина напряжения, снимаемого с выхода выпрямителя 7 врежимехолостого хода преобразователя 6,была достаточна для включения ключевого элемента 8, осуществляющеговключение лампы 9 накаливания,сигналиэирующей о нормальной;работоспособности устройства защиты преобразователя, Напряжение срабатывания порогового элемента 10 выбирается несколько большим, чем постоянное напряжение, снимаемое с выхода выпрямителя 7 в режиме номинальной нагрузки, а напряжение срабатывания дополнительного порогового элемента 18выбирается из условия срабатыванияключевого устройства 19 при обрыве 55цепи одного из резисторов 3 и 4,Напряжение срабатывания дополнитель"ного порогового элемента 18 выбирается выше напряжения срабатывания,порогового элемента 10. В рабочем 6 Орежиме напряжение на выходной обмотке трансформатора 2шКТ й,+р65 где Е - напряжение источника питания преобразователя,й - сопротивление шунта;Б - сопротивление нагрузки,При обрыве цепи одйого из шунтов 3 или 4 напряжение на входной обмотке трансформатора 2 равнотО,Ч1 т+вфшгде к - приведенное сопротивлениетцепей управления, питающихся от трансформатора.Цепи управления выполняются маломощными, сопротивление шунтов в целях экОномии энергии выбираются ,малыми, и Бт 7 ЯШ, поэтомУ Пт ) Бт,Таким образом, в режиме номйнальной нагрузки и на холостом ходу преобразователя 5 пороговый элемент 10 и дополнительный пороговый эле-мент 18 остаются .в выключенном состочянин, при этом срабатывания исполнительного элемента 12 и включения ключевого элемента 19 не происходит.При возникновении режима перегрузки в преобразователе возрастает падение напряжения на резисторах 3 и 4 датчика 1 тока и напряжение на выходе выпрямителя 7, которое становится достаточным для включения порогового элемента 10, но недостаточным для включения дополнительного порогового элемента 18 и ключевого элемента 19,Происходит включение порогового элемента 10, в результате чего включается реле 11 времени, которое по истечении заданного времени Г срабатывает и передает сигнал с выхода порогового элемента 10 на вход исполнительного органа 12, вызывая срабатывание последнего, т.е, включение тиристора 14 и, как результат этого, перегорание предохранителя 13 и обесточивавие преобразователя 5, Время срабатываниярле 11 времени выбирается несколько больше суммарного времени включения дополнительного порогового элемента 18 и ключевого устройства 19, т.е, времени включения тириСторного ключа 20 и шунтирующих транзисторов 24 и 25, и при современной элементной базе не превышает нескольких мкс.При возникновении .короткого замыкания в преобразователе или в цепи нагрузки возрастает падение напряжения на резисторах 3 и 4 датчика 1 тока практически до величины напряжения источника питания и с выхода выпрямителя 7 поступает напряжение:, значительно превосходящее по.своей величине напряжения срабатывания порогового элемента 10 и дополнительного порогового элемента 18, Однако в связи с тем, что в данный момент времени отсутствует напряжение на входной обмотке дополнительного трансформатора 15, а, следовательно, и на выходе дополнительногоЪыпрмителя 16, дополнительный ключбвов элемент 17 переходит в выключенное состояние, в результате чего на-, пряжение с выхода выпрямителя 7 на вход дополнительчого.порогового зле мента 18 не подается,и ключевой эле- мент 19 остается г выключенном состоя нии. В этбм случае также происходит включение порогового элемента 10, а по,истечении времени С - срабаты. ванне исполнительноге,органа 12 и10 обесточивание преобразователя 5.1В случае обрыва цепи одного иэ рв зисторов 3 и 4 датчика 1 тока в течение одного из полупериодов к входной обмотке трансФорматора 2 прикладывается импульс напряжения повышенной амплитуды, в результате чего на выходе выпрямителя 7 появляется напряжение, превосходящее по своей величине напряжение срабатывания цорогового элемента 10 и дополнительного порогового элемента 18. В связь с тем, что дополнительный ключевой элемент 17 находится во включенном состоянии, происходит одновременное включение порогового элемента 10 и дополнительного порогового элемента 18, что приводит к включению реле 11 времени и ключевого элемента 19. Включение ключевого элемента 19 со провождается включением тиристорного ключа 20, в результате чего шунтирующие транзисторы 24 и 25, включенные параллельно резисторам 3 и 4 датчика 1 тока, переходят в,насыщен ное состояние, Токи, протекакщие через пле 4 и,преобразователя 5, замы" каются Йа общую шину питаниячерез открытые транзисторы 24 и 25. Напряжение на выходе выпрямителя 7 сниО жается до значения, при котором происходит одновременное выключение.ключевого элемента 8, пороговогоэлемента 10 и дополнительного порогового элемента 18Таким образом,время включенного состояния порогового элемента 10 оказывается меньшевремени Ф , поэтому срабатываниереле 11 времени и исполнительного органа не происходит, в то время какключевой элемент 19 остается во вклю=ченном состоянии, и преобразователь5 сохраняет свой раббтоспособность.Выключение ключевого элемента 8 приводит к выключению сигнального элемейта 9,что указывает на неисправностьзащиты преобразователя и необходимость принятия мер по ее устранению,В случае обрыва или закорачиванияодной из.обмоток трансФорматора 2,а также в случае закорачивания резисторов 3 и 4.или .одного из н.х, навыходе выпрямителя 7 происходит понижение напряжения, которое приводитк выключению ключевого элемента 9,однако при этом пороговый элемент10 и дополнительный элемент 18 остаются в выключенном состоянии, т.е,преобразователь не теряет своей работоспособности, В алучае обрывацепей обоих резисторов 3 и 4 в свя"зи с отсутствием цепи для протекания токов через силовые коммутирующие элементы преобразователя 5, последний теряет свою работоспособ-ность, при этом происходит выключение сигнального элемента 9. Исполвзование предлагаемогоизобретения повышает надежность"устройства для защиты статического преобразователя напряжения.1029313 оставитель В, Костюхина ехред М. Гергель К тор О, Била Касард 5/ лиал ППП "Патент", г. ужгород, ул, Проектна 4 Тираж 617 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раую