Przedmiotem wynalazku jest uklad zabezpieczenia przeciazeniowego elementu energoelektronicznych, a zwlaszcza tyrystorów i diod duzych mocy, pracujacych w urzadzeniach energoelektrycznych.Z ksiazki: J. Lucinski — „Uklady tyrystorowe", WNT Warszawa 1978 r.znanyjest uklad zabezpieczenia przeciazeniowego elementów energoelektronicznych, skladajacy sie z przekladnika pradowo-napieciowego, którego uzwojenie pierwotne jest polaczone równolegle z bocznikiem, wlaczonym szeregowo w obwód obciazenia zabezpieczanych elementów. Wtórne uzwojenie przekladnika jest polaczone poprzez dolnoprze- pustowy filtr z wejsciem wzmacniacza progowego. Wyjscie wzmacniacza jest polaczone z czlonem wykona* wczym, który w przypadku przekroczenia dopuszczalnej wartosci obciazenia zabezpieczanych elementów, podaje sygnalblokujacy czlon sterujacy zabezpieczanymi elementami. Takzbudowany ukladdziala zaleznie od wartosci pradu obciazenia, natomiast nie uwzglednia rzeczywistej wartosci temperatury zabezpieczanych elementów. Charakterystyka pradowa ukladu zabezpieczenia jest czesciowo zalezna od wartosci pradu obciazenia. Uklad nie zapewnia skutecznej ochrony elementów energoelektronicznych przed skutkami przeciazen, zwlaszcza przy zmieniajacych sie wartosciach temperatury otoczenia.Z ksiazki R. Lappe — „Leistungselektronik", VEM—Handbuch, Verlag Berlin 1978 r. znanyjest uklad zabezpieczenia, w którym pierwotne uzwojenie przekladnika pradowego jest wlaczone w obwód obciazenia urzadzenia zawierajacego elementy energoelektroniczne, a wtórne uzwojenie przekladnika zasila przekaznik cieplny o charakterystyce czasowo-pradowej dopasowanej do cieplnej charakterystyki zabezpieczanych elementów, albo model cieplny, odwzorowujacy przebiegi cieplne urzadzenia, zawierajacego zabezpieczane elementy. Czujnik temperatury modelu cieplnego podaje sygnal na czlon wykonawczy ukladu zabezpieczenia.Zasadnicza niedogodnoscia ukladów zabezpieczen wyposazonych w przekazniki cieplne jest trudnosc odwzorowania przebiegów cieplnych zabezpieczanych elementów. Ponadto przekaznik cieplny kontroluje przyrost temperatury zabezpieczanych elementów odniesiony do maksymalnej temperatury, a nie rzeczywi¬ sta temperature tych elementów. Modele cieplne urzadzen, zawierajacych zabezpieczane elementy, pracuja w innych warunkach otoczenia niz samo urzadzenie, wskutek czego nie odzwierciedlaja rzeczywistej tempera¬ tury zabezpieczanych elementów, a tym samym nie zapewniaja skutecznej ochrony przed skutkami przecia¬ zen. Uklad zabezpieczenia z modelem cieplnym urzadzenia zapewnia ochroneelementówenergoelektronicz¬ nych w zakresie pradów obciazenia równych okolo 2,5-krotnej wartosci pradu znamionowego. W zakresie malych przeciazen, ze wzgledu na bezwladnosc cieplna modelu, zabezpieczenie jest nieskuteczne.2 119870 Wynalazek dotyczy ukladu zabezpieczenia przeciazeniowego elementów energoelektronicznych, zawie¬ rajacego bocznik wlaczony w obwód obciazenia zabezpieczanych elementów, oraz majacego czlon pomia¬ rowy o wyjsciu polaczonym z czlonem wykonawczym.Istota wynalazku polega na wyposazeniu ukladu w sonde temperaturowa, umieszczona na radiatorze chlodzacym zabezpieczane elementy i wspólpracujaca z czlonem pomiaru temperatury. Sonda temperatu¬ rowa jest zbudowana w postaci grzejnika elektrycznego, otoczonego izolacja cieplna i metalowa obudowa.Grzejnik sondy jest polaczony z wyjsciem wzmacniacza mocy, którego wejscie jest polaczone poprzez czlon nastawczy, czlon korygujacy charakterystyke pradowa i transoptor, z bocznikiem wlaczonym w obwód obciazenia zabezpieczanych elementów. Korzystne jest oddzielenie sondy temperaturowej od radiatora ,chlodzacego warstwa izolacji elektrycznej o dobrej przewodnosci cieplnej. Czlon pomiaru temperatury, - wspólpracujacy z sonda temperaturowa, jest wykonany w postaci komparatora, którego wejscia sa pola¬ czone równolegle, napieciowe z grzejnikiem sondy i pradowe z bocznikiem pomiarowym, wlaczonym szeregowo w obwód grzejnika, albo w postaci czujnika fototermicznego, umieszczonego wewnatrz grzejnika sondy, albo w postaci czlonu mierzacego spadek temperatury miedzy grzejnikiem a obudowa sondy i temperature radiatora chlodzacego. W tym ostatnim przypadku czlon pomiaru temperatury sklada sie z czujnika termoelektrycznego, któregojedno zlaczejest umieszczone wewnatrz uzwojenia grzejnika sondy, a drugie zlacze jest zabudowane w obudowie sondy, natomiast wyjscie czujnika jest polaczone z wejsciami dwóch czlonów progowych. Wyjscie jednego czlonu progowego jest polaczone z wyjsciem funktora iloczynu logicznego, stanowiacym wyjscie czlonu pomiaru temperatury, a wyjscie drugiego czlonu progowego jest polaczone z jednym z wejsc funktora iloczynu logicznego. Drugie wejscie funktora iloczynu logicznegojest polaczone z wyjsciem przekaznika, którego wejscie jest polaczone z czujnikiem temperatury radiatora chlodzacego.Uklad zabezpieczenia przeciazeniowego wedlug wynalazku skutecznie chroni elementy energoelektroni- czne od skutkówprzeciazen, niezaleznie od szybkosci i wartosci przeciazenoraz niezaleznie od ksztaltu pradu obciazenia, warunków chlodzenia i rodzaju pracy elementów energoelektronicznych. Dzieki zastosowaniu sondy temperaturowej, umieszczonej na radiatorze chlodzacym zabezpieczane elementy, oraz zasileniu jej grzejnika, poprzez transoptor, czlon korygujacy charakterystyke pradowa i czlon nastawczy, pradem obcia¬ zenia zabezpieczanych elementów, mozliwy jest pomiar rzeczywistej temperatury zlacza elementu zabezpie¬ czanego, gdyz temperatura grzejnika sondy jest równa temperaturze zlacza. Dobór materialu izolujacego grzejnik sondy oraz dobór materialu uzwojenia grzejnika pozwala na uwzglednienie zmian rezystancji zlacza zabezpieczanego elementu w funkcji temperatury, a takze na pelne dopasowanie charakterystyk cieplnych sondy i elementu zabezpieczanego. W zaleznosci od sposobu rozwiazania czlonu mierzacego temperature, uzyskuje sie informacje o rzeczywistej temperaturze zlacza zabezpieczanego elementu albo o rzeczywistym spadku temperatury pomiedzy jego zlaczem a obudowa.Przedmiot wynalazku jest objasniony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia schemat blokowy ukladu zabezpieczenia przeciazeniowego dwóch tyrystorów pracujacych jako sterow¬ nik, fig. 2—temperaturowa sonde w przekroju podluznym, fig. 3—schemat blokowy ukladu zabezpieczenia tyrystora z czlonem pomiaru temperatury w postaci czujnika fototermicznego, fig. 4 — schemat blokowy ukladu zabezpieczenia tyrystora z czlonem pomiaru temperatury wyposazonym w czujnik termoelektryczny, a fig. 5 — temperaturowa sonde z czujnikiem termoelektrycznym, w przekroju podluznym.Przyklad I. Uklad zabezpieczenia przeciazeniowego sklada sie z bocznika 1, wlaczonego szeregowo w obwód obciazenia dwóch tyrystorów 2, umieszczonych na chlodzacym radiatorze 3 i pracujacych jako sterownik. Bocznik 1 jest polaczony równolegle z fotoelektryczna dioda, wchodzaca w sklad transoptora 4.Fototranzystor tego transoptora 4 jest polaczony z wejsciem korygujacego czlonu 5, zbudowanego z pólprzewodnikowych diod malej mocyirezystorów. Czlon 5 sluzydo modelowania dynamicznej rezystanacji tyrystorów 2 w funkcji pradu obciazenia, a wiec koryguje charakterystyke pradowa. Wyjscie korygujace czlonu 5 jest polaczone poprzez nastawczy czlon 6, wykonany w postaci potencjometru, z wejsciem wzmac¬ niacza 7 mocy. Wyjscie wzmacniacza 7jest polaczone z temperaturowa sonda 8, umieszczona nachlodzacym radiatorze 3, w poblizu zabezpieczanych tyrystorów 2. Pomiedzy temperaturowa sonda 8 a chlodzacym radiatorem 3 znajduje sie teflonowa wkladka 9, stanowiaca izolacje elektryczna o dobrej przewodnosci cieplnej. Temperaturowa sonda 8 jest polaczona z czlonem pomiaru temperatury, który sklada sie z pomiarowego bocznika 10, wlaczonego szeregowo.miedzy wyjscie wzmacniacza 7a temperaturowa sonde 8i polaczonego równolegle z pradowym wejsciem komparatora 11. Napieciowe wejscie komparatora 11 jest polaczone równolegle z wejsciem temperaturowej sondy 8, a wyjscie komparatora 11 jest polaczone z wykonawczym czlonem 12. Temperaturowasonda Sjest wykonana w postaci rezystancyjnego grzejnika 13, który stanowi uzwojenie nawiniete bifilarnie i tworzace gruboscienny cylinder, przy czym konce tego uzwojenia stanowia wejscie temperaturowej sondy 8. Rezystancyjny grzejnik 13 jest umieszczony miedzy warstwami 14 izolacji cieplnej, a calosc jest otoczona metalowa obudowa 15, przy czym miedzy bocznymi scianami grzejnika 13 a bocznymi scianami obudowy 15jest pozostawiona wolna-przestrzen, zas wypelnia¬ jace ja powietrze spelnia role dodatkowej izolacji cieplnej.119870 3 Spadek napiecia na boczniku 1, proporcjonalny do pradu w obwodzie obciazenia tyrystorów 2, jest przenoszony przez transoptor 4, na wejscie korygujacego czlonu 5. Transoptor 4oddziela ponadto galwani¬ cznie obwód obciazenia tyrystorów 2 od reszty elementów ukladu zabezpieczenia. Korygujacy czlon 5 zapewnia proporcjonalna zaleznosc strat mocy w grzejniku 13 temperaturowej sondy 8 od strat mocy w tyrystorze 2, natomiast nastawczy czlon 6 umozliwia nastawienie zadanej wartosci pradu, celem dopasowa¬ nia charakterystyki sondy 8 do cieplnej charakterystyki tyrystora 2. Prad plynacy przez grzejnik 13 sondy 8 oraz spadek napiecia na grzejniku 13 sa podawane na komparator 11. Mierzac stosunek spadku napiecia na grzejniku 13 do pradu plynacego przez niego, uzyskuje sie informacje o wartosci temperatury grzejnika 13.Dzieki temu, ze straty mocy w grzejniku 13sondy 8 sa proporcjonalnie zalezne od strat mocy w tyrystorze 2, a sonda 8 i tyrystory 2 sa umieszczone na wspólnym radiatorze 3, spadek temperatury miedzy obudowa tyrystora 2, ajego zlaczemjest równy spadkowi temperatury miedzy obudowa 15 sondy 8a jej grzejnikiem 13, dla dowolnych wartosci pradu obciazenia tyrystora 2. Takwiec zmierzona temperatura grzejnika 13 sondy 8 jest równa temperaturze zlacza tyrystora 2, a temperatura ta jest scisle uzalezniona od wartosci pradu obciazenia tyrystora. W momencie gdy wartosc pradu obciazenia tyrystorajest równa wartosci dopuszczal¬ nej, wykonawczy czlon 12 podaje impuls blokujacy czlon sterujacy tyrystorami.Przy klad II. Uklad zabezpieczenia przeciazeniowego jest zbudowany analogicznie jak opisano w przykladzie pierwszym, z ta róznica, ze do pomiaru temperatury grzejnika 13 temperaturowej sondy 8, stosuje sie fototermiczny czujnik li, który jest umieszczony wewnatrz grzejnika 13 sondy 8 i spelnia role czlonu pomiaru temperatury. Czujnik 16jest polaczony z wykonawczym czlonem 12, któryjest wykonanyw postaci wzmacniacza pradu stalego, polaczonego z przerzutnikiem.Dzialanie ukladu jest analogiczne jak opisano w przykladzie pierwszym, z ta róznica, ze grzejnik 13 sondy 8 nie jest w tym przypadku wykorzystany jako czujnik pomiaru temperatury, gdyz temperature te mierzy fototermiczny czujnik 16, dzialajacy na promieniowanie podczerwone.Przyklad III. Uklad zabezpieczenia przeciazeniowego tyrystora 2 sklada sie z bocznika 1, transoptora 4, korygujacego czlonu 5, nastawczego czlonu i, wzmacniacza 7 mocy i temperaturowej sondy 8, które sa polaczone identycznie jak opisano w przykladzie pierwszym. Temperaturowa sonda 8 jest zbudowana analogicznie jak opisano w przykladzie pierwszym, z ta róznica, ze wewnatrz sciany cylindra utworzonego przez uzwojenie grzejnika 13 jest umieszczone jedno zlacze termopary 17, wchodzacej w sklad czlonu pomiaru temperatury, a drugie zlacze termopary 17jest zbudowane w dolnej podstawie metalowej obudowy 15. Koncówki termopary 17 sa wyprowadzone na zewnatrz sondy 8 i sa polaczone z wejsciami progowych czlonów 18,19 o zróznicowanych progach zadzialania. Progowe czlony 18,19 zawierajawstepny wzmacniacz pradu stalego, który jest polaczony z przerzutnikiem. Wyjscie pierwszego czlonu 18jest polaczone z wejsciem wykonawczego czlonu 12, a wyjscie drugiego progowego czlonu 19jest polaczone z jednym z wejsc funktora 20 iloczynu logicznego. Drugie wejscie funktora 20 iloczynu logicznego jest polaczone z wyjsciem rezystan- cyjnego przekaznika 21, którego wejscie jest polaczone z pozystorowym czujnikiem 22, zamontowanym na chlodzacym radiatorze 3. Wyjscie przekaznika 21 jest ponadto polaczone z sygnalizatorem 23, a wyjscie funktora 20 iloczynu logicznego jest polaczone z wykonawczym czlonem 12.Dzialanie ukladu zabezpieczenia jest analogicznejak opisano w przykladzie pierwszym, z ta róznica, ze zamiast posredniego pomiaru temperatury zlacza tyrystora 2, ma miejsce posredni pomiar spadku tempera¬ tury miedzy zlaczem a obudowa tyrystora 2, a ponadto jest kontrolowana temperatura chlodzacego radia¬ tora 3. W stanach wolnych i malych przeciazen, w momencie gdytemperatura radiatora 3przekracza wartosc dopuszczalna, rezystancyjny przekaznik 21 podaje impuls na sygnalizator 23orazna drugie wejscie funktora 20 iloczynu logicznego. Gdy spadek temperatury miedzy grzejnikiem 13, a obudowa 15 sondy przekracza próg zadzialania progowego czlonu 19, z wyjscia tego czlonu 19jest podawany sygnal na pierwsze wejscie funktora 20 iloczynu logicznego, w wyniku czego nastepuje zadzialanie wykonawczego czlonu 12. W stanie gwaltownych przeciazen, w momencie gdy powyzszy spadek temperatury przekracza próg zadzialania drugiego progowego czlonu 18, sygnal wyjsciowy tego czlonu 18 powoduje bezposrednio zadzialanie wykonawczego czlonu 12.Zastrzezenia patentowe 1. Uklad zabezpieczenia przeciazeniowego elementów energoelektronicznych, zawierajacy bocznik wlaczony w obwód obciazenia zabezpieczanych elementów, oraz czlon pomiarowy, którego wyjscie jest polaczone z czlonem wykonawczym, zgarniemy tyn, ze jest wyposazony w temperaturowa sonde (8), umieszczona na radiatorze (3) chlodzacym zabezpieczane elementy (2) i wspólpracujaca z czlonem pomiaru temperatury, przy czym temperaturowa sonda (8) jest wykonana w postaci elektrycznego grzejnika (13), otoczonego izolacja cieplna i metalowa obudowa (15), a grzejnik (13) sondy (8)jest polaczony z wyjsciem wzmacniacza mocy (7), którego wejscie jest polaczone poprzez nastawczy czlon (6), czlon (5) korygujacy charakterystyke pradowa i transoptor (4) z bocznikiem (1) wlaczonym w obwód obciazenia zabezpieczanych elementów(2).4 119870 2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze pomiedzy temperaturowa sonda (8) a chlodzacym radiatorem (3) jest umieszczona warstwa (9) izolacji elektrycznej o dobrej przewodnosci cieplnej. 3. Uklad wedlug zasuz. ], znamienny tym, ze czlon pomiaru temperatury, wspólpracujacy z temperatu¬ rowa sonda (8), sklada sie z komparatora (11), którego pradowe wejscie jest polaczone równolegle z pomiarowym bocznikiem (10), wlaczonym szeregowo w obwód grzejnika (13) sondy (8), a napieciowe wejscie komparatora (11) jest polaczone równolegle z grzejnikiem (13) sondy (8). 4. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze czlon pomiaru temperatury, wspólpracujacy z temperatu¬ rowa sonda (8), stanowi fototermiczny czujnik (16) umieszczony wewnatrz grzejnika (13) temperaturowej sondy (8). 5. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze czlon pomiaru temperatury, wspólpracujacy z temperatu¬ rowa sonda (8) stanowi termoelektryczny czujnik (17), którego jedno zlacze jest umieszczone wewnatrz uzwojenia grzejnika (13) sondy (8), a drugie zlacze jest zabudowane w obudowie (15) sondy (8) natomiast wyjscie termoelektrycznego czujnika (17)jest polaczone z wejsciami dwóch progowych czlonów (18), (19), przy czym wyjscie pierwszego progowego czlonu (18) jest polaczone z wyjsciem funktora (20) iloczynu logicznego, stanowiacym wyjscie czlonu pomiaru temperatury, a wyjscie drugiego progowego czlonu (19)jest polaczone z jednym z wejsc funktora (20) iloczynu logicznego, a drugie wejscie funktora (20) iloczynu logicznego jest polaczone z wyjsciem przekaznika (21), którego wejscie jest polaczone z czujnikiem (22) temperatury radiatora chlodzacego (3).EL X * u M 4 MH 5 6 7 r Mi V77ZV777777777777, S 13 W 9^ Ta 77777: -7^ ?! / //,¦ fig. 1119 870 fig. 2 fig 3119 870 \L 4 r H 5 6 *l 17 ! I rr-H__iJi 21 ¦—' rHr+h I i 1 19 r^n 20 * ¦ } j /f } y / / } // // ' 1 fig. 4 fig. 5 Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 120 egz.Cena 100 zl PL