CS235873B1 - Zapojení obvodu na ochranu proti přepětí - Google Patents

Abstract

K první vstupní elektrodě prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku je připojena kladná výstupní svorka prvního řídicího obvodu a k druhé vstupní elektrodě prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku je připojena záporná výstupní svorka prvního řídicího obvodu. Mezi kladnou vstupní svorkou prvního řídicího obvodu a zápornou vstupní svorkou prvního řídicího obvodu jsou dvě paralelní větve. První větev je vytvořena sériovým spojením jednoho nebo více napětově závislých prvků se začátkem první části vstupního vinutí transformátoru, jejíž konec je spolu se začátkem druhé Části vstupního vinutí transformátoru připojen k záporné vstupní svorce prvního řídicího obvodu. Druhá větev je tvořena sériovým spojením vstupního odpomíku s koncem druhé části .vstupního vinutí transformátoru, jehož . výstupní vinutí je svým koncem připojeno j spolu s anodou Zenerovy diody a druhým I koncem výstupního odporníku k záporně > výstupní svorce prvního řídicího obvodu a svým začátkem k anodě výstupní diody, jejíž katoda je připojena jednak ke katodě Zenerovy diody, a jednak k jednomu konci sériového odpomíku. Druhý konec tohoto odporníku je zapojen spolu s prvním koncem výstupního odporníku ke kladné výstupní svorce prvního řídicího obvodu

Description

(54)

Zapojení obvodu na ochranu proti přepětí

K první vstupní elektrodě prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku je připojena kladná výstupní svorka prvního řídicího obvodu a k druhé vstupní elektrodě prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku je připojena záporná výstupní svorka prvního řídicího obvodu. Mezi kladnou vstupní svorkou prvního řídicího obvodu a zápornou vstupní svorkou prvního řídicího obvodu jsou dvě paralelní větve. První větev je vytvořena sériovým spojením jednoho nebo více napětově závislých prvků se začátkem první části vstupního vinutí transformátoru, jejíž konec je spolu se začátkem druhé Části vstupního vinutí transformátoru připojen k záporné vstupní svorce prvního řídicího obvodu. Druhá větev je tvořena sériovým spojením vstupního odpomíku s koncem druhé části .vstupního vinutí transformátoru, jehož . výstupní vinutí je svým koncem připojeno j spolu s anodou Zenerovy diody a druhým I koncem výstupního odporníku k záporně > výstupní svorce prvního řídicího obvodu a svým začátkem k anodě výstupní diody, jejíž katoda je připojena jednak ke katodě Zenerovy diody, a jednak k jednomu konci sériového odpomíku. Druhý konec tohoto odporníku je zapojen spolu s prvním koncem výstupního odporníku ke kladné výstupní svorce prvního řídicího obvodu.

235 873

- 1 235 873

Vynález se týká zapojení obvodu na ochranu proti přepětí nezávislého na zdroji stejnosměrného napájecího napětí s aspoň jedním řídicím obvodem s jedním párem vstupních svorek a aspoň s jedním párem výstupních svorek, galvanicky oddělených od vstupních svorek/obsahujícím alespoň jeden transformátor, napěťově závislé prvky/ odporniky a diody se vstupními svorkami spojenými přímo nebo přes usměrňovač s výstupními svorkami řiditelného polovodičového spínacího prvku/zapojeného v sérii s impedanci.

Dosud známá zapojení obvodů na ochranu proti přepětí obsahují například hladinové obvody pro vyhodnocení úrovně vstupního signálového napětí a ke zpracování signálu pro řízení řiditelného polovodičového spínacího prvku užívají aktivních součástek.

Tato zapojení proto ke své funkci vyžaduji pomocný zdroj stejnosměrného napájecího napětí. Při ztrátě tohoto napětí neúčinkuji a jsou proto málo spolehlivá.

Uvedenou nevýhodu odstraňuje zapojení obvodu na ochranu proti přepětí podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že k první výstupní elektrodě prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku je zapojena kladná vstupní svorka prvního řídicího obvodu a k druhé výstupní elektrodě prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku je zapojena záporná vstupní svorka prvního řídicího obvodu. K první vstupní elektrodě prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku je připojena kladná výstupní svorka prvního řídicího obvodu a k druhé vstupní elektrodě prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku je připojena záporná výstupní svorka prvního řídicího obvodu. Mezi kladnou vstupní svorkou prvního řídicího obvodu a zápornou vstupní svorkou prvního řídicího obvodu jsou dvě paralelní větve. První větev je vytvořena sériovým spojením jednoho nebo více napětově závislých prvků eo za235 873 čátkem první části vstupního vinutí transformátoru, jejíž konec je spolu se začátkem druhé části vstupního vinutí transformátoru připojen k záporné vstupní svorce prvního řídicího obvodu. Druhá větev je tvořena sériovým spojením vstupního odporníku s koncem druhé části vstupního vinutí transformátoru, jehož výstupní vinutí je svým koncem připojeno spolu s anodou Zenerovy diody a druhým koncem výstupního odporníku k záporné výstupní svorce prvního řídicího obvodu a svým začátkem k anodě výstupní diody, jejíž katoda je připojena jednak ke katodě Zenerovy diody a jednak k jednomu konci sériového odporníku. Druhý konec tohoto odporníku je zapojen spolu s prvním koncem výstupního odporníku ke kladné výstupní svorce prvního řídicího obvodu.

Mezi výstupními elektrodami prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku a vstupními svorkami prvního řídicího obvodu může být zapojen usměrňovač, jehož kladný pól je zapojen na kladnou vstupní svorku prvního řídicího obvodu a záporný pól je zapojen na zápornou vstupní svorku prvního řídicího obvodu.

K výstupním elektrodám prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku může být v antiparalelním spojení připojen svými výstupními elektrodami druhý řiditelný polovodičový spínací prvek, k jehož vstupním elektrodám je připojen svými výstupními svorkami druhý řídicí obvod.

Příklad praktického provedení vynálezu je na přiložených výkresech. Na obr. 1 je zapojení obvodu na ochranu proti přepětí nezávislé na zdroji stejnosměrného napájecího napětí. Na obr. 2 je zapojení doplněno prvním usměrňovače^ a na obr. 3 je zapojení doplněno druhým usměrňovačem , druhem řídicím obvodem a druhým řiditelným polovodičovým spínacím prvkem .

Mezi svorky 1 a 2jpřipojené paralelně k elektrickému zařízení, které je třeba chránit proti přepětí, je v sérii s impedancí ^tvořenou paralelním zapojením odporníku 91 a kondenzátoru 92 jprvní řiditelný polovodičový spínací prvek K první výstupní elektrodě ££ prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku £ je zapojena kladná vstupní svorka 41 prvního řídicího obvodu^a k druhé výstupní elektrodě 34 prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku £ je zapojena záporná vstupní svor5 ka 42 prvního řidicíhOx obvodu 4. 235 873

K první vstupní elektrodě 51 prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku £ j® připojena kladná výstupní svorka^ prvního řídicího obvodu 4. K druhé vstupní elektrodě 52 prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku £ je připojena záporná výstupní svorka 44 prvního řídicího obvodu 4 . Mezi kladnou vstupní svorkou 41 prvního řídicího obvodu 4 a zápornou vstupní svorkou 42 prvního řídicího obvodu 4 jsou dvě paralelní větve.První větev je vytvořena sépiovým spojením jednoho napětově závislého prvku 18 se začátkem první části 11 vstupního vinutí transformátoru 10,jejíž konec je spolu se začátkem druhé části 12 vstupního vinutí transformátoru 10 připojen k záporné vstupní svorce 42 prvního řídicího obvodu 4.

Druhá větev je tvořena sériovým spojením vstupního odporníku 1¾ s koncem druhé části 12 vstupního vinutí transformátoru 10, jehož výstupní vinutí 15 je svým koncem připojeno spolu s anodou Zenerovy diody 15 a druhým koncem výstupního odporníku 17 k záporné výstupní svorce 44 prvního řídicího obvodu 4. Výstupní vinutí 15 transformátoru 10 je svým začátkem připojeno k snodě výstupní diody 14, jejíž katoda je připojena jednak ke katodě Zenerovy diody 15 a jednak k jednomu konci sériového odporníku 16, jehož druhý konec je zapojen spolu s prvním koncem výstupního odporníku 17 ke kladné výstupní svorce 45 prvního řídicího obvodu 4.

Ma obr. 2 je zapojen mezi výstupními elektrodami 55« 54 prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku £ a vstupními svorkami 41, 42 prvního řídicího obvodu 4 první usměrňovač 2, tak, že k první výstupní elektrodě ££ prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku £ je připojena jeho první vstupní svorka £1 a k druhé výstupní elektrodě £4 prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku £ je připojena jeho druhá vstupní svorka 52. Kladný pól 55 prvního usměrňovače 2 je zapojen na kladnou vstupní svorku 41 prvního řídicího obvodu 4. Záporný pól 54 prvního usměrňovače 2 j® zapojen na zápornou vstupní svorku 42 prvního řídicího obvodu 4.K první vstupní svorce 51 prvního usměrňovače 2 3® připojena jednak anoda druhé diody £6 a jednak katoda čtvrté diody 58 » jejíž anoda je spojena s anodou třetí diody ££ a spolu s ní připojena

235 873 na záporný pól £4 prvního usměrňovače £. Katoda třetí diody 97 j© spojena s anodou první diody 55 a jsou spolu připojeny na druhou vstupní svorku 52 prvního usměrňovače 2· Katoda druhé diody £6 a první diody Ó^sou spojeny a připojeny ke kladnému pólu 59 prvního usměrňovače 2·

Na obr. 5 je k výstupním elektrodám prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku £ připojen v antiparalelním zapojení svými výstupními elektrodami druhý řiditelný polovodičový spínací prvek 8 , k jehož vstupním elektrodám je připojen svými výstupními svorkami 65, 64 druhý řídicí obvod 6. vstupní svorky 62, 61 druhého řídicího obvodu 6 je připojen kladný pól 75 a záporný pól 74 druhého usměrňovače 2.· Ke kladnému pólu 75 druhého usměrňovače 7 je připojena katoda páté diody 79« jejíž anoda je připojena na první vstupní svorku 71 druhého usměrňovače 2» která je připojena jednak ke druhé svorce 2 zapojení a jednak k anodě druhého polovodičového spínacího prvku 8. Záporný pól druhého usměrňovačeZ. je připojen na druhou vstupní svorku 72 druhého usměrňovače 2» která je připojena jednak k anodě druhého řiditelného polovodičového spínacího prvku 8 a záporné výstupní svorce 64 druhého řídicího obvodu 6 a jednak k jednomu konci impedance 2 připojené druhým Koncem k první svorce 1 zapojení. V.popsaných příkladech praktického použití pod pojmem napěťově závislý prvek rozumíme dvojpól , u kterého je nelineární závislost proudu I na napětí U vyjádřená rovnicí kde C a jsou Kladné konstanty, přičemž hodnota je řádu desítek. Tak je tomu například u ZnO veristoru, což je symetrický polovodičový odpor s nelineární závislostí mezi napětím a proudem.

Činnost obvodu na ochranu proti přepětí v praktickém provedení na obr. 1 lze popsat následovně. Obvod podle vynálezu je svými svorkami 1 a 2 připojen paralelně k elektric5

235 873 kému zařízení, které má chránit proti přepětí. Napětí je přes impendanci^a první usměrňovač 2 zavedeno na vstupní svorky 41 a 42 prvního řídicího obvodu 4. Provoznímu stejnosměrnému napětí chráněného zařízení,přivedenému na svorky 1, 2 zapojení i odpovídá klidový stav prvního řídicího obvodu 4. V magnetickém obvodu transformátoru 10 lze definovat magnet©motorickou sílu F_v , která je dána proudem I tekoucím napětově závislým prvkem 18 a magnetomotorickou sílou F_r od proudu I_r tekoucího vstupním odporníkem 19. Výsledná magnetomotorická síla F magnetického obvodu tranf ormátoru 10 je dána rozdílem F » F_v - F_r . Při nízkém vstupním napětí na vstupních svorkách 41, 42 prvního řídícího obvodu 4jto jest při napětí na svorkách 1,2 zapojení menším nebo rovném provozní hodnotěj je proud I o několik řádů větší než proud I_y a výsledná magnetomotorická síla F je záporná. Zvyšováním vstupního napětí na svorkách 41, 42 prvního řídicího obvodu 4 jto jest při vzniku přepětí na svorkách 1, 2 zapojeníjroste rychle l_y a výsledné magnetomotorická síla nabývá kladných hodnot. Vzhledem k výrazně nelineárně voltampérové charakteristice napěťově závislého prvku 18 dochází při nárůstu vstupního napětí U k rychlému zvýšení proudu l_y. Například pro s 15 a nárůst vstupního napětí 1,5 krát je zvýšení proudu 1 485 násobné. Komutace výsledné magnetomotorické síly pak způsobí v magnetickém obvodu transformátoru 10 impuls magnetického toku. Komutace magnetického toku probíhá od záporných do klad ných hodnotja tím se dosáhne maximálního využití magnetických vlastností ferromagnetického materiálu jádra transformátoru

10. Ve výstupním vinutí 1%. transformátoru 10 přitom vznikne proudový impuls, kterým se přes výstupní diodu 14 a sJriový odpornik 16 sepne pfvní řiditelný polovodičový spínač kterým je v tomto praktickém příkladě tyristor. Druh impedance 2 a velikost jejich elektrických veličin se pak stanoví podle charakteru očekávaného přepětí a požadavků obvodu. Energie přepětí se pak pohltí zčásti v této impedanci a zčásti v impedanci zdroje přepětí. Tím se velikost přepětí omezí. Zenerova dioda 15 spolu s výstupním odporníkem 17 dlouží k přizpůsobení impedance zdroje zapínacího impulsu k

235 873 parametrům konkrétního použitého tyristoru. Elektrické zařízení lze proti přepětí chránit též odpojením; v tom případě se volí velikost sériové impedance 2 tak, aby došlo například k přetavení pojistky v přívodu elektrického zařízení. Při sepnutí prvního řiditelného polovodičového spínače £ se také spojí prakticky nakrátko vstupní svorky 41, 42 prvního řídicího obvodu 4,a tím se odlehčí vstupní součástky a zabrání se jejich přetížení. To má význam zejména u napěfcově závislého prvku 18. Napětí na vstupních svorkách 41, 42 prvního řídicího obvodu 4, při kterém dojde k sepnutí prvního řiditelného polovodičového spínače £jzávisí na parametrech napětově závislého prvku 18 a je velmi stálé. Mění se jen velmi málo s teplotou a je též prakticky nezávislé na strmosti vstupujícího přepěíového impulsu na svorkách 41, 42 prvního řídicího obvodu 4. Toto napětí lze měřit například vrcho lovým voltmetremja tím způsobem lze obvod cejchovat. Skutečnosti, že vstupní svorky 41, 42 prvního řídicího obvodu £ jsou galvanicky odděleny od výstupních svorek 4ý, 44 prvního řídicího obvodu 4, lze s výhodou použít k předání informace o zapůsobení obvodu/např. do regulačních obvodů chráněného zařízení, kterým může být například tyristorový usměrňovač. Lze tak například provést po omezení přepětí automatický zásah pro přerušení proudu v prvním řiditelném polovodičovém spínacím prvku £ a připravit tak obvod pro další činnost. Zapojení obvodu na ochranu proti přepětí podle vynálezu je zcela nezávislé na zdroji pomocného napájecího napětí, má velmi málo součástek a je proto velice spolehlivé. Zapojení obvodu podle vynalezu lze realizovat ve velmi malých rozměrech a je poměrně levné ve srovnání s dosud známými zařízeními na ochranu proti přepětí. Zapojení obvodu na ochranu proti přepětí podle vynálezu lze použít k ochraně elektrických průmyslových zařízení střídavých i stejnosměrných proti přepětí, zejména hShodilého charakteru.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT

   - q - .

   VYNÁLEZU

   235 873

   4. Zapojení obvodu na ochranu proti přepětí nezávislé na zdroji stejnosměrného napájecího napětí s aspoň jedním řídícím obvodem s jedním párem vstupních svorek a aspoň s jedním párem výstupních svorek galvanicky oddělených od vstupních svorek, obsahujícím aspoň jeden transformátor, napětově závislé prvky, odporníky a diody se vstupními svorkami spojenými přímo nebo přes usměrňovač s výstupními svorkami řiditelného polovodičového spínacího prvku zapojeného v sérii s impedancí/vyznačené tím, že zatímco k první výstupní elektrodě /33/ prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku /3/ je zapojena kladná vstupní svorka /41/ prvního řídicího obvodu /4/ a k druhé výstupní elektrodě /34/ prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku /3/ je zapojena záporná vstupní svorka /42/ prvního řídicího obvodu /4/ a k první vstupní elektrodě /31/ prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku /3/ je připojena kladná výstupní svorka /43/ prvního řídicího obvodu /4/ a k druhé vstupní elektrodě /32/ prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku /3/ je připojena záporná výstupní svorka /44/ prvního řídicího obvodu /4/, jsou mezi kladnou vstupní svorkou /41/ prvního řídicího obvodu /4/ a zápornou vstupní svorkou /42/ prvního řídicího obvodu /4/ dvě paralelní větvefz nichž první yětev je vytvořena sériovým spojením jednoho nebo více napětově závislých prvků /18/ se začátkem první části /11/ vstupního vinutí trans formátoru /10/,jejíž konec je spolu se začátkem druhé části /12/ vstupnhn&J^ra^sformátoru /10/ připojen k záporné vstupní svorce /42/ prvního řídicího obvodu /4/ a druhá větev je tvořena sériovým spojením vstupního odporníku /19/ s koncem druhé části /12/ vstupního vinutí transformátoru /10/, jehož výstupní vinutí /13/ je svým koncem připojeno spolu s anodou Zenerovy diody /15/ a druhým koncem výstupního odporníku /17/ k záporné výstupní svorce /44/ prvního řídicího obvodu /4/ a svým začátkem k anodě výstupní diody /14/, jejíž katoda je

   235 873 připojena jednak ke katodě Zenerovy diody /15/ a jednak k jednomu konci sépiového odporníku /16/, jehož druhý konec je zapojen spolu s prvním koncem výstupního odporníku /17/ ke kladné výstupní svorce /45/ prvního řídicího obvodu /4/.
2. 2., Zapojení obvodu na ochranu proti přepětí podle bodu 1,vyznačené tím, že mezi výstupními elektrodami /551 54/ prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku /5/ a vstupními svorkami /41,42/ prvního řídicího obvodu /4/ je zapojen usměrňovač /5/, jehož kladný pól /55/ je zapojen na kladnou vstupní svorku /41/ prvního řídicího obvodu /4/ a záporný pól /54/ je zapojen na zápornou vstupní svorku /42/ prvního řídicího obvodu /4/.
3. 3, Zapojení obvodu na ochranu proti přepětí podle bodu 1 a 2/ vyznačené tím, že k výstupním elektrodám prvního řiditelného polovodičového spínacího prvku /5/ je v antiparalelnim zapojení připojen svými výstupními elektrodami druhý řiditelný polovodičový spínscí prvek /8/, k jehož vstupním elektrodám je připojen svými výstupními svorkami /65,64/ druhý řídicí obvod /6/.