РАЗМЫКАТЕЛЬ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к импульсной технике и может быть использована для коммутации силовых цепей постоянного тока, имеющих большую индуктивность без размыкания контактов.
Известно, что для замыкания цепей постоянного тока широко используют тиристоры. Известно также, что отключение тиристора невозможно без перехода тока через нулевое значение и поэтому приходится применять различные электромеханические устройства (размыкатели, разъединители и т.д.), что значительно усложняет конструкцию коммутирующей аппаратуры, увеличивает ее габариты и стоимость.
Известен тиристорный выключатель постоянного тока [В.И.Стульников, П.И.Лапченко и др. // Тиристоры в электроустановках / Киев, изд. Техника, 1967, с. 94], выбранный в качестве прототипа, содержащий источник постоянного напряжения, тиристор, нагрузку, диод, конденсатор, балластное сопротивление, первый и второй коммутаторы, включенные таким образом, что плюсовой вывод источника соединен с катодом диода, с первым выводом нагрузки и первым выводом балластного сопротивления, второй вывод балластного сопротивления подключен к первому выводу конденсатора и к первым выводам первого и второго коммутаторов, второй вывод конденсатора подключен к второму выводу нагрузки, аноду диода и к катоду тиристора. Управляющий электрод тиристора подключен ко второму выводу первого коммутатора, а катод тиристора подключен к минусовому выводу источника и ко второму выводу второго коммутатора.
Недостатком такого устройства является то, что конденсатор, предназначенный для отключения тиристора при замыкании второго коммутатора, заряжен только до величины напряжения источника и при размыкании сильноточных цепей требуется большая величина емкости конденсатора. Расчеты, проведенные с помощью программы Electronics Workbench, показывают, что при размыкании цепи с током 500 А и напряжением источника 200 В требуется конденсатор с емкостью 18000 мкФ, что значительно увеличивает габариты устройства. Другим недостатком данного устройства является то, что при разряде конденсатора импульс тока проходит через тиристор и одновременно через источник и нагрузку, что может привести к выходу из строя измерительной аппаратуры, следовательно, уменьшается надежность работы устройства.
Задачей полезной модели является уменьшение габаритов устройства и увеличение надежности его работы.
Данная задача достигается тем, что размыкатель цепей постоянного тока содержит так же, как и устройство прототипа, источник постоянного напряжения, плюсовой вывод которого соединен с первым выводом нагрузки и с катодом вентиля в первую общую точку, минусовой вывод источника постоянного напряжения соединен с катодом тиристора, а второй вывод нагрузки соединен с анодом вентиля во вторую общую точку, соединенную с анодом тиристора.
Согласно полезной модели, между второй общей точкой и анодом первого тиристора введен трансформатор тока, выходной зажим вторичной обмотки которого подключен ко второй общей точке, а входной зажим вторичной обмотки подключен к аноду тиристора, причем первичная обмотка, имеющая в 5-10 раз большее число витков, чем вторичная обмотка, включена последовательно с коммутатором и дополнительным источником постоянного напряжения, полярность которого задает встречное включение обмоток трансформатора тока, а параллельно коммутатору подключен конденсатор.
Полезная модель имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:
1. Применение трансформатора тока, выходной зажим вторичной обмотки которого подключен ко второй общей точке, а входной зажим вторичной обмотки подключен к аноду тиристора, позволяет генерировать импульс тока в нагрузке, при переходе которого через нулевое значение отключается тиристор и осуществляется размыкание силовой части схемы.
2. Включение дополнительного источника постоянного напряжения последовательно с первичной обмоткой трансформатора тока и коммутатором дает возможность путем размыкания тока первичной обмотки, величина которого в 5-10 раз меньше, чем ток вторичной обмотки, осуществлять размыкание тока во вторичной обмотке посредством встречного включения обмоток трансформатора тока, что увеличивает надежность работы устройства, а также позволяет значительно уменьшить габариты дополнительного источника постоянного напряжения и коммутатора.
3. Применение конденсатора, включенного параллельно коммутатору, позволяет уменьшить импульс перенапряжения на коммутаторе, возникающем при его размыкании, что также увеличивает надежность работы устройства. При этом конденсатор имеет в десятки раз меньшую емкость, чем конденсатор в устройстве прототипа, что значительно уменьшает габариты устройства.
На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства, на фиг.2 - временные зависимости тока в нагрузке и тока отключения тиристора.
Устройство содержит источник постоянного напряжения 1, минусовой вывод которого подключен к катоду тиристора 2, а плюсовой вывод которого включен в первую общую точку с первым выводом нагрузки 3 и с катодом вентиля 4. Анод вентиля 4 образует вторую общую точку со вторым выводом нагрузки 3 и выходным зажимом вторичной обмотки 5 трансформатора тока. Входной зажим вторичной обмотки 5 трансформатора тока подключен к аноду тиристора 2. Выходной зажим первичной обмотки 6 трансформатора тока подключен к минусовому выводу дополнительного источника постоянного напряжения 7, плюсовой вывод которого подключен к входным зажимам коммутатора 8 и конденсатора 9, а входной зажим первичной обмотки 6 подключен к выходным зажимам коммутатора 8 и конденсатора 9.
На фиг.2 изображены постоянный ток 10, протекающий через тиристор 2 и нагрузку 3, а также импульс тока 11, сформированный в первом тиристоре 2 при размыкании коммутатора 8.
0
1
Устройство работает следующим образом. При подаче управляющего импульса на тиристор 2, источник постоянного напряжения 1 подключается к нагрузке 3 и по цепи источник 1 - тиристор 2 - нагрузка 3 - вторичная обмотка 5 трансформатора тока протекает постоянный ток 10. Одновременно срабатывает коммутатор 8, который подключает дополнительный источник постоянного напряжения 7 к первичной обмотке 6 трансформатора тока, и по первичной обмотке 6 протекает постоянный ток, имеющий направление встречного включения относительно постоянного тока вторичной обмотки 5 трансформатора тока, при этом величина тока первичной обмотки 6 в 5-10 раз меньше величины тока вторичной обмотки 5. В момент времени t размыкается коммутатор 8, ток в первичной обмотке 6 падает до нуля и, благодаря встречному включению обмоток трансформатора тока, во вторичной обмотке 5 формируется импульс тока 11, который за счет коэффициента трансформации обмоток трансформатора тока превышает по величине ток первичной обмотки 6 в 5-10 раз. В момент времени t импульс тока 11 переходит через ноль и тиристор 2 отключает источник постоянного напряжения 1 от нагрузки 3. Энергия, запасенная в нагрузке 3 при ее индуктивном характере, шунтируется вентилем 4. Возникающий импульс перенапряжения на коммутаторе 8 уменьшается конденсатором 9.
Исследования данного устройства, проведенные с помощью программы Electronics Workbench, показали, что размыкание аналогичной прототипу цепи с индуктивной нагрузкой 5 Гн, напряжением источника 200 В и током в 100 А, при коэффициенте трансформации трансформатора тока равном 5, осуществляется при помощи
дополнительного источника постоянного напряжения величиной 20 В и током в первичной обмотке трансформатора тока величиной 20 А. Емкость конденсатора, включенного параллельно коммутатору, составляет 200 мкФ, а импульс перенапряжения не превышает 300 В.
Таким образом, предложенное схемное решение изобретения позволяет существенно уменьшить габариты устройства и увеличить надежность его работы.