Устройство для защиты и коммутации цепи постоянного тока

Союз Советски кСоциалистнческикРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл. Н 02 Н 3/087 3 Ьеударетмнный комнтет СССР ао делам нзабретеннй н открытий(72) Авторы изобретения В.Г, Еременко и О.П. Царьков ъ щ Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт(71) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ И КОИИУТАЦИИ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА1Изобретение относится к коммутационно-защитной аппаратуре, а именно к бесконтактным, автоматам максимально- токовой защиты и коммутации цепи постоянного тока, и может быть использовано в электротехнических установ 5 ках различного назначения, преимущест. венно в системах питания автономных объектов.Известно бесконтактное устройство защиты цепи постоянного тока, содержащее магнитно"транзисторный генератор, реагирующий и исполнительный элементы 1 .Недостатками этого устройства являются его сложность из-за наличия двух отдельных узлов: реагируюцего и исполнительного, а также значительные пульсации напряжения на нем в открытом состоянии. 2 оаиболее близким по технической сущности к изобретению является бесконтактное устройство защиты цепи постоянного тока, содержащее магнитно 2транзисторный генератор, выходнаяобмотка которого через выпрямитель подключена к защищаемой цепи. Генераторреагирующего органа работает врежимеавтоколебаний до момента возникнове,"ния короткого замыкания в защищаемоицепи, после чего происходит срыв ав"токолебаний и отключение нагрузки цепиот источника питания21,Недостатками известного устройстваявляются его сложность, значительныепульсации выходного напряжения в моменты переключения силовых:транзисторов и больаое значение тока управления блоком отключения.Цель изобретения - упрощение устройства, уменьцение пульсаций выходного напряжения в моменты переключения силовых транзисторов.и уменьшениетока управления блоком отключения.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для защиты и коммута"ции цепи постоянного тока, содержащее иагнитно-транзисторный генераторформатором тока с двумя силовыми идвумя базовыми обмотками, подключенный к первой входной клемме, управляемые от управляющего ключа блоки включения и отключения, два развязывающихдиода, включенных встречно-последовательно, общая точка которых соединенас второй входной клеммой через наства, дополнительно введен закорачивающий диод, причем раэвязывающие диоды подключены к базам силовых тран- ф1 исторов, а их общая точка через закорачивающий диод подключена к первому выводу нагрузки, однополярному спервой входной клеммой.Для уменьшения пульсаций выходно-го напряжения в моменты переключениясиловых транзисторов в устройствовведена сглаживающая цепь, подключенйая через нагрузку к входным клеммами выполненная в виде конденсатора,обратного диода и транзистора, коллектор которого подключен к первойвходной клемме, змиттер - к общейточке силовых обмоток трансформаторатока, подключенной к первому выводунагрузки, причем конденсатор подключен параллельно база-коллекторномупереходу транзистора, а обратный ди"од - параллельно его база-эмиттерноиу переходу,Для уменьшения тока управленияблоком отключения в указанный блоквведены каскадно соединенные отключающий и закорачивающий транзисторы,эмиттеры которых подключены к второйвходной клемме, база отключающеготранзистора подключена к первому выводу управляющего ключа, его коллектор и база закорачивающего транзистора подключены к точке соединения второго вывода управляющего ключа и первой входной клеммы а коллектор закорачивающего транзистора подключенк общей точке развязывающих диодов,На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для защиты и коммутации цепи по 50стоянного тока,Устройство для защиты и коммутации цепи постоянного тока содержит входные клеммы 1 и 2, магнитно-транЗисторный генератор, состоящий из 55 двух силовых транзисторов 3 и 1 и трансформатора 5 тока с двумя силовы,ми 6 и 7 и двумя базовыми 8 и 9 об 3 978257 фс двумя силовыми транзисторами и транс- мотками, причем коллекторы силовыхтранзисторов 3 и 1 соединены с первойвходной клеммой, эмиттер каждого иэних соответственно через силовые обмотки 6 и 7 трансформатора 5 токаподключен к первому выводу нагрузки 10, а через соответствующие базовые обмотки 8 и 9 трансформатора 5тока соединен с базой этого же трангрузку, подключенную к выходу устрой- О зистора, К базам силовых транзисторов 3 иподключены аноды развязывающих диодов 11 и 12, включенных междусобой встречно-последовательно, к общей точке которых подключен анод коротящего диода 13, катод которогоподключен к первому выводу нагрузки 10,Блоки включения 11 и отключения 15управляются от управляющего ключа 16,1который может быть контактным и бесконтактным, например может быть выходом цифровой управляющей машины.Управляемый блок 1 включения со-стоит из запускающего транзистора 17,коллектор которого через резистор 18подключен к первой входной клемме,змиттер - к базе силового транзистора 11, а база через диод 19 и резистор 20 подключена к первому выводууправляющего ключа 16, второй выводкоторого подключен к первой входнойклемме. Параллельно база-эмиттерномупереходу запускающего транзистора 17включен резистор 21.Управляемый блок 15 отключения выполнен в виде отключающего транзистора 22, закорачивающего транзистора 23и резисторов 21-27,Сглаживающая цепь состоит из транзистора 28, конденсатора 29 и обратного диода 30,Устройство работает следующим образом.Б исходном состоянии источник питания подключен к входным клеммам 1 и2, а управляющий ключ 16 закрыт.В нормальном режиме работы при открывании управляющего ключа 16 по цепи: входная клемма 1 - управляющийключ 16 - резистор 20 - диод 19 - змиттерный переход транзистора 17 - базовая обмотка 9 - силовая обмотка 7 нагрузка 10 - входная клемма 2 протекает ток, который открывает транзистор 17 и через его коллектор-эмиттерный переход по цепи: входная клемма 1 " резистор 18 - коллектор-эмиттерный переход транзистора 17 - базо5 9782 вая обмотка 9 - силовая обмотка 7- нагрузка 10 - входная клемма 2 поступает запускающий импульс тока дСФ, который наводит в базовой обмотке 9 трансформатора 5 тока ЭДС 1 имеющую 5 такуе полярность, что силовой транзистор 4 открывается. Одновременно к переходу эииттер-база силового транзистора 3 приложена ЭДС запирающей полярности и он остается закры тым. По цепи: входная клемиа 1 - сило вой транзистор 4 - силовая обмотка 7- нагрузка 10 - входная клемма 2 начинает протекать ток, который наводит ЭДС в обмотках трансформатора 5 то ка такого знака, что транзистор 4 поддерживается в открытом состоянии и нагрузка 10 подклечена к источнику питания по указанной выше цепи.В момент насыщения трансфориато ра 5 тока резко возрастает его намагничивающий ток, вследствие чего ток базы силового транзистора 4 уменьшается и он выходит из состолния насыщения, падение напряжения на нем 25 увеличивается, а напряжения на обмот-, ке 7 и на всех остальных обмотках резко уменьшаются. При этом на всех обмотках транспориатора 5 тока воз;никает ЭДС обратного знака, стремя- З 0 щаясл открыть транзистор 3 и закрыть транзистор 4. В результате транзистор 3 открывается, а транзистор 4 закрывается. Теперь уже нагрузка цепи оказывается подключена к источнику питания через силовой транзистор 3 и силовую обмотку 6. Затем вновь происходит насыщение сердечника трансфориатора 5 тока и переключение силовых транзисторов 3 и 4. Таким об разом, силовые транзисторы 3 и 4 в нормальном режиме работы поочередно переключается и обеспечивает подключение нагрузки 10 к источнику питания.45 В моменты переключения силовых транзисторов 3 и 4, когда ток нагрузки 10 значительно падает, а напряжение между входной клеммой 1 и50 первым выводои нагрузки 10 резко увеличиваетсл, в нагрузку поступает ток заряда конденсатора 29 через эмиттерный переход транзистора 28, который открывается, вследствие чего напрлжение между входной клеммой 1 и первым выводом нагрузки 10 уменьшается, а ток нагрузки 10 почти пол .ностью коипенсируетсл коллекторным г 7 бтоком транзистора 28, По окончаниимомента коимутации силовых транзисторов 3 и 4 конденсатор 29 разряжается через открытый в это времл силовой транзистор 3 или 4, соответствующую силовую обмотку 6 или 7 трансформатора 5 тока и обратный диод 30,что уменьшает пульсации выходногонапряжения в моменты переклеченилсиловых транзисторов. Каждые полпериода процессов переключения силовыхтранзисторов 3 и 4 напряжения, наво"димые на обмотках трансформатора 5тока, является отпираюцими для одногоиз развязывающих диодов 11 или .12 икоротящего диода 13 и запирающими длядругого развяэываещего диода 12 или11, Но в нориальнои режиие работывеличина отпирающего напряжения недостаточна длл открывания отмеченно,го выше раэвязываещего диода 11 или12 и коротящего диода 13. В результа,те о нормальном режиие работы обаразвлзывающих 11 и 12 и коротящий 13диоды закрыты и на процессы переключений силовых транзисторов 3 и 4 влияния не оказывают.В нормальном режиме работы в блоке отключения отключаеций транзистор 2 открыт током базы, проходящимчерез управляющий ключ 16 . резистор 24 и эииттерный переход отключающего транзистора 22, и шунтирует база-эииттерный переход закорачивающеготранзистора 23, в результате чвго оноказывается закрыт и не влияет напроцессы переключений силовых транзисторов 3 и 4,В аварийном режиме ( при перегрузкахи коротких замыканиях в нагрузке 10)напрлжения на обмотках трансформатора 5 тока увеличивается вследствиеувеличения напрлжения на его силовыхобмотках 6 и 7, т.е. увеличится величина отпирающего напряжения развязывающих 11, 12 и коротящего 13 диодов,в результате чего последние открыва"ются. Из-за этого ток базы силовоготранзистора 3 или 4 уменьшается и онвыходит из состояния насыщения, падение напрлжения на нем увеличивается, а напряжения на силовой 6 илии остальных обмотках резко уменьшаются. При этом на всех обмотках трансформатора 5 тока наводятся ЭДС обрат"ного знака, стремящиеся закрыть ранееоткрытый силовой транзистор 3 или 4,который в результате закрывается иотключает нагрузку 10 от источника7 9782питания, Для повторного, подключениянагрузки к источнику питания, послеустранения причины возникновенияаварийного режима, надо закрыть ивновь открыть управляющйй кпюц. 16,Принудительное отключение нагрузки происходит при закрывании управляющего ключа 16, При этом разрывается цепь тока базы отключающего транзистора 22, он закрывается, а зако Врацивающий транзистор 23 открывается, так как в его базовый электродпоступает ток через резистор 25. Врезультате ток базы открытого в данный момент силового транзистора 3 1или 6 уменьшается, так как частьтока базовой обмотки 8 или 9 ответ"вляется через развязывающий диод 11или 12, резистор 26 и транзистор 23,из-за чего он выходит из состояния 29насыщения, падение напряжения нанем увеличивается, а напряжения насиловой 6 или 7 и остальных обмотках резко уменьшаются, При этом навсех обмотках трансФорматора 5 тока 23наводятся ЭДС обратного знака, стре"мящиеся закрыть ранее открытый силовой транзистор 3 или , который врезультате закрывается и отключаетнагрузку 10 от источника питания. 30Таким образом, ток управления блоком отключения равен току базы от"клюцающего транзистора, который малпо величине.Предлагаемое техническое решениечозволяет упростить устройство длязащиты и коммутации цепи постоянного тока,Формула изобретения 401. Устройство для защиты и коммутации цепи ростоянного тока, содержащее магнитно-транзисторный генератор с двумя силовыми транзисторами и 45 трансФорматором тока с двумя силовыми и двумя базовыми обмотками, подключенный к первой входной клемме, управ" ляемые от управляющего ключа блоки включения и отключения, два развязы- я вающих диода, включенных встречно-по-. следовательно, общая точка которыхсоединена с второй входной клеммойчерез нагрузку, подключенную к выходу устройства, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью упрощения, дополнительно введен закорачивающий диод, причем развязывающие диоды подключены к базам силовых транзисторов, аих общая точка через закорачивающийдиод подключена к первому выводу нагрузки, однополярному с первой входной клеммой.2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюуменьшения пульсации выходного напряжения в моменты переключения силовыхтранзисторов, дополнительно введенасглаживающая цепь, подключенная через нагрузку и входным клеммам и выполненная в виде конденсатора, обрат"ного диода и транзистора, коллекторкоторого подключен к первой входнойклемме, эмиттер - к общей точке силовых обмоток трансФорматора тока, подключенной и первому выводу нагрузки,причем конденсатор подключен парал-лельно база-коллекторному переходутранзистора, а.обратный диод - параллельно его база-эмиттерному перехоДу.3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюуменьшения тока управления блоком от"ключения, в указанный блок дополнительно введены каскадно соединенныеотключающий и закорачивающий транзисторы, эмиттеры которых подключены квторой входной клемме, база отключаю-щего транзистора подключена к первомувыводу управляющего ключа, его коллектор и база закорачивающего транзис"тора подключены к точке соединениявторого вывода управляющего ключа ипервой входной клеммы, а корлекторзакорачивающего транзистора подключенобщей точке развязывающих диодов,Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетелвство СССРйф 342257, кл, Н 02 Н 3/087 у 1972.2. Авторское свидетельство СССР8 ф 597041, кл. Н 02 Н 3/087, 1978,