Устройство для защиты силовой цепи от перегрузки и короткого замыкания

(72) Авторы изобретеиия

Н.В.Боголюбов и В.А.Игнато

1 1. 1

Киевский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров гражданской авиации (7l ) Заявитель (g4) УСТРОЙСТВО @ЯЯ ЗА@ИТ И ОВОй ЦЕПИ иТ ПЕРЕГРУЗКИ И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Изобретение относится к электротех1нике и может быть использовано для защиты силовой цепи от перегрузкй и короткого замыкания в устройствах автоматики, использующих в качестве коммутирующих элементов симисторы и тиристоры.

Известно устройство защиты силовой цепи от перенапряжения, содержащее

t0 тиристор, лавинный диод, включенный параллельно тиристору, генератор импульсов запуска тиристора, конденсатор разрядный резистор $1).

Недостатком устройства является

3$ невозможность защиты силовой цепи в режиме короткого замыкания.

1 аиболее близким по технической сущности к изобретению является уст" ройство, содержащее тиристор, измерительный резистор, конденсатор, диод, пороговый элемент, транзистор, токоограничиоающие резисторы, элемент запуска, и сточни к постоянного напряжения j2)J

Недостатком известного решения яв.. ляется низкая надежность защиты и большое потребление мощности, что обусловлено отсутствием непосредственного контроля состолния переходов ключевого элемента (тиристора), а напряжение на измерительном резисторе, включенного последовательно в силовую цепь тиристора, не может служить достоверной мерой состояния переходов последнего. Большое потребление мощности связано с рассеиванием актив ной мощности на измерительном резисторе, по которому протекает ток нагрузки ключевого элемента. При этом ухудшаются ключевые свойства цепи иэ последовательно включенных тиристора и измерительного резистора, на котором образуется дополнительное падение напряжения.

Цель изобретения - повышение надежности и снижение потребляемой мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты силовой

3 92849 цепи от перегрузки и короткого замыка ния, содержащее симистор, последова" тельно соединенные диод, конденсатор, резистор и включенные параллельно измерительному резистору, подключенного первым и вторым выводом соответственно к катоду симистора и к первой шине источника постоянного напряжения пороговый элемент, первый вывод которого через резистор соединен с пер- !о вым входом ключевого элемента и элемент запуска, дополнительно введены последовательно соединенные ключевой усилитель, резистор и накопитель-, ный конденсатор, причем первый входной зажим ключевого усилителя подключен к катоду диода, второй входной зажим вместе с анодом указанного диода и вторым выводом измерительного симистора, первая обкладка накопительного конденсатора через резистор соединена с элементом запуска и первым выводом порогового элемента, второй вывод которого, вторая обкладка накопительного конденсатора и второй вход ключевого элемента объединены и подключены ко второй шине источника постоянного напряжения, выход ключевого элемента через резистор соединен с катодом симистора, в силовую цепь последнего включены нагрузка и источник переменного напряжения.

В устройстве ключевой усилитель и ключевой элемент выполнены на транзисторах разного типа проводимости. зю

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для защиты от перегрузки и короткого замыкания.

Устройство содержит.:имистор 1, в силовой цепи которого включены нагрузка 2 и источник переменного напряжения 3, измерительный резистор 4, включенный между катодом и управляющим электродом симистора 1, парал45 лельно измерительному резистору 4 включены последовательно соединенные диод 5, конденсатор 6 и резистор 7.

К шинам источника постоянного напряжения 8 подключены ключевой усилитель

9,. резистор 10 и накопительный конденсатор 11, первый зажим ключевого усилителя 9 подключен к катоду диода

5, первая обкладка накопительного конденсатора 11 через резистор 12 подключена к первому выводу порогово- 5

ro элемента 13, который через резис" тор 14 подключен к элементу запуска с помощью клеммы 15 и к первому входу ключевого элемента 16, второй вход которого и второй вывод порогового элемента 13 подключены ко второй обкладке накопительного конденсатора

11, выход ключевого элемента 16 чере. резистор 17 подключен к катоду симистора 1.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии симистор 1 отключен и нагрузка 2 обесточена.

Для включения симистора 1 на клемму 15 подают отрицательный импульс запуска относительно эмиттера транзистора 16.При этом через открывшии ся транзистор 16 управляющий переход симистора и резистор.17 начинает протекать ток от источника постоянного напряжения 8. В результате этого симистор 1 включается и в цепи нагрузки 2 возникает переменный ток от источника переменного напряжения 3.

При протекании тока нагрузки через семистор 1 на его входе, а значит и

> на измерительном резисторе 4, выделяется доля переменной составляющей анодного напряжения эа счет перераспределения потенциалов на слоях проводящей полупроводниковой структуры симистора 1. Переменная составляющая напряжения на участке управляющий электрод - катод симистора 1 и, что то же самое, на измерительном резисторе 4 через резистор 7 и конденсатор 6 подается на диод 5 и на базу транзистора 9, который открывается.

Усиленный пульсирующий ток в коллекторной цепи транзистора 9 через резистор 10 заряжает накопительный конденсатор 1 1 до напряжения определен" ного уровня. Последнее поступает на пороговый элемент 13, в нормальных условиях находящийся в состоянии низкой проводимости, и на базу транзистора 16, поддерживая его в откры" том положении. После прекращения действия импульса запуска (поданного на клемму 15) транзистор 16 останется открытым. Следовательно, в открытом состоянии будет находиться и симистор 1. Такой режим работы схемы сохраняется до тех пор, пока не будет подан положительный импульс сброса на клемму 15, либо ток нагрузки 2 в силовой цепи семистора 1 не превысит своего предельного допустимого значения. Увеличение тока в силовой цепи симистора 1 сверх предельно допустимого значения приводит

92 к возрастанию переменной, составляющей пульсирующего напряжения, выделяющегося на управляющем переходе симистора 1 и на измерительном резисторе 4.

В результате этого увеличивается нап.ряжение на накопительном конденсаторе . 11, что вызывает пробой порогового элемента 13 и выключение транзистора

16, эмиттерно-базовый переход которого шунтируется включившимся пороговым элементом 13. Источник постоянного напряжения 8 отключается от управляющей цепи симистора 1, исчезает постоянный ток через управляющий переход, симистор 1 выключается и отсоединяет нагрузку 2 от источника переменного напряжения 3.. Существенно BBNHblM является включение измерительного резистора 4 параллельно управляющему переходу симистора 1 и использование замкнутого со входа сижистора 1 на его же вход контура управления и защиты, состоящего из ключевого усили" теля 9, выход которого связан с поро говым элементом 13 и ключевым электродом 16. При этом указанные элементы могут быть выполнены на другой элементной базе, например, на микросхемах, поскольку контур управления и защиты является по существу низковольтным. В устройстве управления симистором 1 можно осуществлять постоянным током положительной полярности в этом случае необходимо изменить тип проводимости транзисторов 9 и 16 íà противоположный и соответственно изменить полярность включения порогового элемента 13 и источника постоянного. напряжения 8.

Устройство характеризуется снижением потребляемой мощности, так как измерительный резистор 4 включен не в силовую цепь, а параллельно управляющему переходу симистора 1, и высокой надежностью защиты силовой цепи, так как при указанном включении измерительного резистора 4 осуществляется одновременный контроль не только состояния силовой цепи и в частности нагрузки 2, но также и состояния переходов симистора 1.

8497 6

Формула изобретения

1. Устройство для защиты силовой цепи от перегрузки и короткого замыкания, содержащее симистор, постоянно соединенные диод, конденсатор, резистор и включенные параллельно измерительному резистору, подключенному первым и вторым выводами соответ1О ственно к катоду симистора и к первой шине источника постоянного напряжения, пороговый элемент, первый вывод которого через резистор соединен с первым входом ключевого элемента, и элемент запуска, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежнос" ти и снижения потребляемой мощности устройства, в него дополнительно введены последовательно соединенные ключевой усилитель, резистор и накопительный конденсатор, причем. первый вход ключевого усилителя подключен к катоду диода, второй вход вместе с анодом указанного диода и вторым выводом измерительного резистора - к управляющему электроду симистора> первая обкладка накопительного конденсатора через резистор соединена с элементом запуска и первым выводом порогового элемента, второй вывод зо которого, вторая обкладка накопительного конденсатора и второй вход ключевого элемента объединены и подключены к второй шине источника постоянного напряжения, выход ключевого

35 элемента через резистор соединен с катодом симистора, в силовую цепь последнего включены нагрузка и источник переменного напряжения.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а40 ю щ е е с я тем, что ключевой усилитель и ключевой элемент выполнены на транзисторах разного типа проводимости.

45 Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1; Патент Франции И 2391582, кл. Н 02 Н 7/12, 1979.

2.,Авторское свидетельство СССР

so и 672626, кл. G 05 F 1/58, 1977.

928497

Составитель Л. Воропаев

Редактор М.Товтин Техред Т»: Фанта Корректор Ю.Макаренко

Заказ 3274/69 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,Н-35, Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4