Магнитно-транзисторный ключ

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИКН 03 К 17 ТВЕННЬФ КОМИТЕТ НИЯМ И ОТН Ц 1 ТИЛМ ГОСУДАРСПО ИЗОБРЕ 1 ЕПРИ ГКНТ САНИЕ ИЗОБРЕТЕН(57) Изобретсной техникено в системаления. Цель и ргетически регулирования и уп зобретения - повыш быстродействия. Ма рав ние и, С.Г.Бузыкин,Глебов, В.И.Голиков адежност ит но-транзисторныи ключ содержит силовые транзисторы 1 - 4, подключенныек шинам 5, 6 источника постоянногонапряжения по схеме моста, в диагонали которого нагрузка 7, управляющиетрансформаторы 8 - 11 тока с первичньмн обмотками 12 - 15 и вторичнымиобмотками 16 - 19, дополнительныйтрансФорматор 20 тока с секциями 21,22 первичной обмотки, вторичной обмоткой 23 и цепью 24 вывода энергии,токоизмерительный резистор 25, диод26, конденсатор 27, источник 28 токасмещения, вспомогательные ключи 29,зацеп112 или Вс(71) Московский эне йинститут(56) К 1 аиз К 1 зсйщи 11 ег. Эаг 11Мадц 1 е шаг дез 8 пег ЯЬа 1 гчег 1 цЕ 1 есггопз.с, 1983, В 18, з.108 Завьялов М.П, Оптимизация пметров токовых трансФорматоровпях управления транзисторных у-ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛОЧние относится к импульи может быть использова653150 30, управляющие входы которых подключены к выходам 32 33 устройства 31управления, имеющего измерительнуювходную цепь 34, пороговый элемент35, триггер 36, логические элементыИЛИ 37, И 38, 39 и два управляющих Изобретение относится к импульсной технике и мажет быть использовано в системах регулирования и управления, в электроприводе в устройствах автоматики.Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия.На фиг,1 приведен вариант реализации устройства; на фиг 2 - вариант выполнения управляющих трансформаторов тока в виде единого магнитного узла.Магнитно-транзисторный ключ содержит силовые транзисторы 1 - 4, подключенные к вонам 5 6 источника постоянного напряжения по схеме моста, в диагонали которого включенанагрузка 7, управляющие трансформаторы 8 - 11 тока с первичными обмотками12 " 15 и вторичными обмотками 16 -19, дополнительный трансформатор 20тока с секциями 21, 22 первичной обмотки, вторичной обмоткой 23 и цепью24 вывода энергии, такоизмерительный резистор 25, диод 26, конденсатор 27, источник 28 тока смещения,вспомогательные ключи 29, 30, устройства 31управления с выходамн 32, 33 и с измерительной входной цепью 34.Устройство управления содержитпороговый элемент 35, триггер 36,логический элемент ИЛИ 37, два логических элемента И 38, 39 и два управляющих входа 40, 41Выводы нагрузки 7 через переходыколлектор - база силовых транзисторов 1, 2 соединены с ниной 5 и соединены с другой виной 6 через соединительные последовательно секцию21 дополнительнога трансформатора20 тока и переход коллектор - базасилового транзистора 3 и через включенные последовательно секцию 22 пер.внчнай обмотки дополнительного трансформатора 20 токаи переход коллектор -база силового транзистора 4. Вторичная 20 25 30 35 входа 40, 41, Введение дополнительного трансформатора 20 тока, резистора 25, диода 26, конденсатора 27 иисточника 28 позволяют обеспечитькомплексную защиту устройства и повысить его надежность. 2 ил,обмотка 23 дойолнительного трансформатора 20 тока, токоизмерительныйрезистор 25 и диод 26 образуют после.довательную цепь, к выводам которой подключены: источник 28 тока смешения, конденсатор 27; цепь из включен"ных последовательно и согласно первичных обмоток 12, 14 управляющихтрансформаторов 8, 11 тока и вспомогательного ключа 29; цепь из включенных последовательно и согласнопервичных обмоток 13, 15 управляющихтрансформаторов 9, 10 тока и вспомогательного ключа 30. Вторичныеобмотки 16 и 19 управляющих трансформаторов 8 и 11 тока включеныкаждая между базой и эмиттером силовых транзисторов соответственно1 и 4. Вторичные обмотки 17, 18управляющих трансформаторов тока 9,10 включены каждая между базой иэмиттером силовых транзисторов 2 и3 соответственно. Сущность изобретения не изменится, если каждый из выводов нагрузки: 7 соединить с шиной 6 через переход коллектор - база силового транзистора 3 и 4 соответственно а с шиной 5 - через цепь из соединенных последовательна секций 21, 22 первичной обмотки дополнительного трансформатора 20 тока и переход коллектор - база силового транзистора 1 и 2 соответственно. Можно также в цепи соединенных последовательно секций первичной обмотки и перехода коллектор - база силового транзистора указанные элементы поменять местами. В последнем случае секции первичной обмотки могут быть включены параллельно или обмотка может содержать единственную секцию.Входные цепи вспомогательных ключей 29, 30 подключены к выходам устройства 31 управления, имеющего два50 5 16531управляющих входа 40, 41, а токоизмерительный резистор 25 подключен квходной цепи порогового элемента 35,которая одновременно является измерительной цепью устройства 31 управления, Выход порогового элемента 35подключен к К-входу триггера 36, аБ-вход этого триггера через элементИЛИ 37 соединен с первыми входамилогических:элементов: И 38 и 39, у которых вторые входы подключены квыходу триггера 36. Первые входы логических элементов И 38 и 39 являются одновременно первым и вторым управляющими входами 40 и 41 устройства31 управления,Принцип действия магнитно-транзисторного ключа состоит в следующем.При поступлении отпирающего сигнала, например, на вход 40 триггер36 устанавливается в состояние свысоким уровнем на выходе, а элементИ 38 пропускает отпирающий сигнал науправляющий вход вспомогательного 25ключа 29, что вызывает переход егов состояние высокой проводимости. Токисточника 28 и ток разряда конденсатора 27, до этого заряженного источником 28 тока -смещения, начинаютйротекать по первичным обмоткам 12,14 и вспомогательному ключу 29. Трансформация тока первичных обмоток 12,14 во вторичные обмотки 16, 19 вызывает отпирание (начальное) силовыхтранзисторов 1 и 4. При этом начинает35протекать ток от шины 5 через цепьиэ соединенных последовательно перехода коллектор - эмиттер силовоготранзистора 1 обмотку 16, нагрузку7, секцию 22 первичной обмотки дополнительного трансформатора 20, переход коллектор - эмиттер силовоготранзистора 4 обмотку 19. Из секции22 первичной обмотки дополнительноготрансформатора 20ток трансформируется во вторичную обмотку 23 этоготрансформатора. Ток обмотки 23, пропорциональный току нагрузки, протекающему по секции 22, замыкается черездиод 26, первичные обмотки 12, 14управляющих трансформаторов 8 и 11,вспомогательный ключ 29 и токоизмерительный резистор 25. Этот ток, трансФормируясь во вторичные обмотки 16и 19, обеспечивает протекание по55эмиттерным цепям силовых транзисторовтока, большего, чем ток нагрузки 7,протекающий по коллекторным цепям 50 6силовых транзисторов 1 и 4, Вследствие этого силовые транзисторы переходят в режим насыщения, причем между отпирающим эмиттерным током и током коллекторного перехода устанавливается пропорциональная связь, а коэффициент пропорциональности соответствующим выбором коэффициентов трансформации дополнительного и управпяющих трансформаторов устанавливается большим единицы.Снятие отпирающего сигнала с вхо да 40 вызывает появление на выходе элемента 38 логического "0", т.е. во входной цепи вспомогательного ключа 29 исчезает отпирающий сигнал, ключ переходит в состояние низкой проводимости, и цепь обмоток 12, 14 разрывается, При этом в цепи эмиттеров силовых транзистров 1 и 4 протекание отпирающего тока также прекращается, а вторичные обмотки 16 и 19 становятся значительными индуктивными сопротивлениями, Фактически происходит разрыв эмиттерных цепей силовых транзисторов 1 и 4, что обуславливает отсутствие вторичного пробоя при запирании указанных транзисторов, а также повышает быстродействие, поскольку режим их управления соответствует наиболее быстродействующей схеме управления с общей базой.После размыкания вспомогательного ключа 29 ток через нагрузку 7 продолжает протекать в течение времени, необходимого для рассасывания зарядов в базах силовых транзисторов 1 и 4 и запирания их коллекторных переходов. На этом этапе ток обмотки 23 замыкается через конденсатор 27. При последующем включении другого вспомогательного ключа 30 или того же самого накопленный в конденсаторе 27 заряд используется для форсирова. ния процесса включения силовых транзисторов, принадлежащих противолежащим плечам моста.После запирания силовых транзисторов энергия, накопленная в трансформаторах, рассеивается в цепях вывода энергии или возвращается в источник питания с помощью, например цепи 24.В варианте выполнения управляющих трансформаторов тока противолежащих плеч моста в виде единого магнитного узла общая первичная обмотка каждой пары управляющих трансформаторов тока магнитно связана с двумя сердечника 1 б 5315 Оми, на которых расположены по одной вторичной обмотке, а поэтому токи этих обмоток пропорциональны току общей первичной обмотки, замыкающемуся через соответствующий вспомогательный ключ.Если по какой-либо причине (перегрузка, к.з. в нагрузке, выход из строя одного из силовых транзисторов) 1 О произойдет возрастание тока в цепи обмотки 23 выше заранее заданного порогового уровня, на выходе порогового элемента 35 появится сигнал, .которым триггер 36 перейдет в состояние "О", а через логические элементы И 38, 39 перестанет передаваться отпирающий сигнал на входы вспомогательных ключей 29, 30. Таким образом обеспечивается комплексная защита всего устройства и повышается его функциональная надежность. Формула изобретения1. Магнитно-транзисторный ключ, содержащий четыре силовых транзистора, выходная цепь каждого из которых включена в соответствующее плечо мос та, в одну диагональ которого включе на нагрузка а другая диагональ сое 3 О динена с шипами источника постоянного напряжения, четыре управляющих трансформатора, два вспомогательных ключа и устройство управления, о т л и - ч а ю щ и й с я тем что с целью пой 5вышения надежности и быстродействия введены дополнительный трансформатор тока, токоизмерительпый резистор, диод, кОнденсатор и источник тока смещения,причем одна шина питания соединена с первым и вторым выводами нагрузки через коллекторно-базовый переход соответственно первого и второго силовых транзисторов, другая шиначерез цепь из соединенных последовательно секции первичной обмотки дополнительного трансформатора тока и коллекторно-базового перехода соответственно третьего и четвертого силовых транзисторов, вторичная обмотка дополнительного трансформатора тока, токоизмерительный резистор и диод образуют последовательную цепь, к выводам которой подключены параллельно конденсатор, источник тока смещения, цепь из последовательносоединенных первого вспомогательного ключа и первичных обмоток первой пары управляющих трансформаторов тока, у которых вторичные обмотки вклю" чены между эмиттером и базой соответственно первого и четвертого силовых транзисторов, цепь иэ последовательно соединенных второго вспомогательного ключа и первичных обмоток второй пары управляющих трансформаторов тока, у которых вторичные обмотки включены между эмиттером и базой соответственно второго и третьего силовых транзисторов, управляющие входы вспомогательных ключей соединены с соответствующими выходами устройства управления, измерительная входная цепь которого подключена к токоизмерительному резистору.2. Ключ по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что каждая пара управляющих трансформаторов тока выполнена в виде единого магнитного. узла, содержащего два сердечника, причем последовательно соединенные первич ные обмотки каждой пары управляющих трансформаторов тока магнитносвязаны с двумя соответствующими сердечниками, на каждом из которых размещена вторичная обмотка соответствующего трансформатора.1653150 Составитель Л,Багянктор И.Келемеш ТехредЛ.Олийнык, Корректор И.Самборска и ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О аказ 1781НИИПИ Государстве11 Тираж 485, Подписное ого комитета по изобретениям и открытия 35, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5