PL62888B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 24.X.1968 (P 129 700) 27.X.1967 Wielka Brytania 20.V.1971 62888 KI. 21 d«, 12/04 MKP H 02 m, 7/52 Twórca wynalazku: Francis Henry Brown Wlasciciel patentu: Stone-Platt Crawley Limited, Londyn (Wielka Bry¬ tania) Falownik tranzystorowy Przedmiotem wynalazku jest falownik tranzy¬ storowy stosowany w szczególnosci do przetwarza¬ nia stalego napiecia baterii ladowanej generatorem napedzanym przez os pojazdu szynowego na na¬ piecie przemienne, przeznaczone do zasilania na przyklad lamp jarzeniowych, zainstalowanych w tympojezdzie. , Znane dotychczas falowniki tranzystorowe nie posiadaly zadnego zabezpieczenia przed przepiecia¬ mi i zwarciami, poniewaz awarie takie w falow¬ niku tranzystorowym, zdarzaja sie niezmiernie rzadko. Jednak brak takiego zabezpieczenia ma te wade, ze w wypadku wystapienia przepiecia lub zwarcia, falownik zostawal tak powaznie uszko¬ dzony, ze naprawa jego byla bardzo kosztowna, lub tez uszkodzenia nie mozna bylo w ogóle na¬ prawic i trzeba bylo zastapic go nowym falowni¬ kiem.Celem wynalazku jest unikniecie awarii falow¬ nika przez zastosowanie ukladu zabezpieczajacego przed przepieciami i zwarciami.Cel ten zostal osiagniety przez skonstruowanie falownika zawierajacego uklad zabezpieczajacy, zawierajacy elementy wylaczajace automatycznie falownik w chwili wystapienia wstepnie okreslo¬ nych warunków przepiecia lub zwarcia, i automa¬ tycznie wlaczajace go wtedy, gdy warunki wróca do normy.Czesc ukladu chroniaca falownik przed przepie¬ ciami napiecia wejsciowego moze zawierac elemea- 2 ty, odlaczajace czasowo zasilanie wzmacniacza wtedy, kiedy podawane na falownik napiecie prze¬ kracza wstepnie okreslony poziom. Wylacza sie wtedy stopien wyjsciowy. Inne elementy moga 5 odlaczac falownik od zasilania, jezeli napiecie za¬ silajace lub jego nagly skok przekroczy okreslony poziom.Czesc ukladu chroniaca falownik przed awaria¬ mi na wejsciu, moze zawierac elementy o sygnale 10 wyjsciowym zaleznym od pradu zwarciowego, od¬ laczajace zasilanie od falownika i wylaczajace stopien wyjsciowy na okreslony czas w przypad¬ ku, gdy doplywajacy do falownika prad wzrasta do okreslonej wielkosci. Ponowne zalaczenie naste- 15 puje po uplywie okreslonego czasu.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony, w przy¬ kladowym wykonaniu, na rysunku. Falownik, do¬ laczony zaciskami 1 do stabilizowanego zródla na¬ piecia stalego (o napieciu, na przyklad 30 woltów) 20 sklada sie z generatora 2, sprzegnietego przez tran¬ sformator 3; majacy odczep w srodku uzwojenia wtórnego, ze wzmacniaczem 4. Wzmacniacz 4 jest z kolei sprzegniety przez analogiczny transforma¬ tor 5 ze stopniem wyjsciowym 6 falownika. Na 25 wyjsciu stopnia wyjsciowego £ znajduje sie trans¬ formator 7 z odczepem w srodku uzwojenia pier¬ wotnego, zasilajacy obciazenie & Obciazenie 8 skla¬ da sie z lamp jarzeniowych A z których na ry¬ sunku pokazano tylko niektóre, i dodatkowego ich so wyposazenia. Ponadto falownik zawiera dwa ukla- 028883 62888 4 dy zabezpieczajace przed przepieciami — pierw¬ szy 10 i drugi 11 oraz uklad 12 zabezpieczajacy przed zwarciami.Generator 2 zawiera tranzystory Jl i J2, w ukla¬ dzie generatora przeciwsobnegó przebiegu sinuso¬ idalnego qr czestotliwosci rzedu 500 Hz. Czestotli¬ wosc generatora jest okreslona przez obwód re¬ zonansowy, skladajacy sie z uzwojenia 13 trans¬ formatora 3 oraz z kondensatora 14. Czestotliwosc generacji mozna zmieniac, regulujac szczeline w rdzeniu transformatora &.Napiecie wyjsciowe generatora 2 steruje poprzez transformator 3 wzmacniacz 4, zawierajacy tran¬ zystory J3 i J4. Odbierane z transformatora 5 na¬ piecie wyjsciowa tego stopnia ma przebieg pro¬ stokatny.Stopien wyjsciowy 6 zawiera dwa zsspoly tran¬ zystorów J5 i £6, przy czym kazdy sklada sie na przyklad z siedmiu tranzystorów. Oba zespoly tranzystorowe pracuja w ukladzie przeciwsob- nym". Transformator 7 sluzy do podniesienia na¬ piecia wyjsciowego falownika do wielkosci, wy¬ maganej przez obciazenie 8 (na przyklad do 240 woltów napiecia zmiennego). Opornik 15 we wzmacniaczu 4 zapewnia odciecie jednego z tran¬ zystorów J5 i J6 zawsze przed wlaczeniem dru- giegQ..JKondensatQr16 sluzy do ograniczania wzro¬ stu skokowego napiecia na tranzystorach J3 i J4 we wzmacniaczu 4, wystepujacych podczas wla¬ czania i wylaczania obciazenia. To samo zadanie spelnia kondensator 17 dla tranzystorów J5 i J6 w stopniu wyjsciowym 6. Diody 18 ograniczaja napiecie wsteczne, wystepujace miedzy emiterami a bazami tranzystorów J5 i J6, a diody 19 ogra¬ niczaja napiecie na tychze tranzystorach, powsta¬ jace przy wysokiej reaktancji obciazenia 8.Tranzystory J3, J4 i J5, J6 wzmacniacza 4 i stopnia wyjsciowego 6 pracuja jak szybkie prze¬ laczniki, dostarczajace na przemian stalego na¬ piecia zasilajacego do polówek uzwojen pierwot¬ nych transformatorów 5 i 7, cyniku czego otrzymuje sie napiecia na wtórnych uzwojeniach tych transformatorów. Czestotliwosc przelaczania tranzystorów tych stopni jest okreslona przez cze¬ stotliwosc generatora 2, która sterowane sa bazy tranzystorów J3 i J4 i bazy zespolów tranzysto¬ rów J5 i J6, powodujac przewodzenie i odciecie kolejno kazdego tranzystora lub zespolu tranzy¬ storów.Tranzystorowy uklad 10 zabezpieczajacy przed przepieciami sklada sie zasadniczo z polaczonych szeregowo oporników 20, 21 i 22, wlaczonych równolegle do zasilacza, przerzutnika na tranzy¬ storach J7 i J8 oraz tranzystorów przelaczniko¬ wych J9 i J10. Wzrost napiecia na opornikach 20, 21 i 22 ponad okreslony poziom (na przyklad do 34 woltów przy nominalnym napieciu zasilajacym 24 wolty) powoduje wzrost napiecia na bazie tran¬ zystora J7 oraz odciecie tranzystorów J8, J9 i J10.Odciecie tranzystora J10 powoduje odlaczenie za¬ silania emitera tranzystora Jll w obwodzie 12 wskutek czego nastapi odciecie tranzystorów J13 i J12. Odciecie tranzystora J12 przerywa zasilanie wzmacniacza 4 przez przerwanie dolaczenia zasi¬ lania do odczepu na pierwotnym uzwojeniu trans¬ formatora 5, a zatem wylaczenie napiecia wyjs¬ ciowego urzadzenia.Tak ustalone warunki beda ti*waly dopóty, do¬ póki napiecie wejsciowe nie obnizy sie ponizej 5 okreslonego poziomu (na przyklad do 32 woltów).Napiecie na bazie tranzystora J7 obniza sie po¬ wodujac odciecie tranzystora J7, a caly opisany wy¬ zej cykl powtarza sie w odwrotnej kolejnosci, tzn. z powrotem zalacza sie zasilanie na wzmac¬ niaczu |4, a na wyjsciu urzadzenia ukazuje sie napiecie. Napiecie odcinajace tranzystor J7 a uru¬ chamiajace uklad 10 ustala sie odpowiednio do¬ brana wartoscia oporu opornika 21. Napiecie, za¬ laczajace ponownie falownik ustala sie przy pomo¬ czy zmiennego opornika 23 w obwodzie kolektora tranzystora J7. Diody Zenera 24 wraz z oporni¬ kiem 25 tworza stabilizator napiecia, zasilajacego uklad 10. Opornik 26 sluzy do okreslenia napie¬ cia przy którym uruchamia sie przerzutnik na tranzystorach J7 i J8.Uklad 11 zabezpieczajacy przed przepieciami sklada sie zasadniczo z tyrystora 27 i dwóch diod Zenera 28, wlaczonych równolegle do obwodu za¬ silania. Impuls napiecia lub wzrost napiecia wejs¬ ciowego ponad okreslony poziom, wyzszy od okres¬ lonego dla ukladu 10 (na przyklad, ponad 40 wol¬ tów) powoduje przewodzenie diod 28. Wzrost na¬ piecia na oporniku 29, podawanego na bramke tyrystora 27 powoduje jego odciecie, nastepuje wówczas zwarcie zasilacza. Bezpiecznik glówny 30 topi sie i odlacza falownik od zasilacza. Nastepnie tyrystor 27 zostaje znów odciety i uklady 10 i 11 sa znowu zdolne do nastepnego zadzialania. Po¬ ziom napiecia uruchamiajacego uklad 11 reguluje sie opornikiem 29.Uklad 12 zabezpieczajacy przed zwarciami skla¬ da sie zasadniczo z tranzystorów Jll, J12 i J13, przerzutnika na tranzystorach J14 i J15, tranzy¬ stora jednozlaczowego J16, tranzystorów J17 i J18, opornika 31 na którym wystepujacy spadek na¬ piecia zalezy od pradu wyjsciowego, szeregowo polaczonych oporników 32, 33, 34 i 35 wlaczonych na zaciski zasilacza za opornikiem 31 oraz z kon¬ densatora 36, stanowiacego czesc ukladu opóznie¬ nia czasowego, okreslajacy czas, po którym naste¬ puje ponowne zalaczenie zasilania falownika. Je¬ zeli prad dostarczany » zasilacza wzrasta po¬ nad okreslona wielkosc (na przyklad do 85 ampe- rów wtedy, gdy maksymalny prad, pobierany w normalnych warunkach, jest rzedu 40 amperów), zwiekszony spadek napiecia na oporniku 31 po¬ woduje wzrost potencjalu wspólnego punktu opor¬ ników 33 i 34, a zatem bazy tranzystora J15.Wówczas tranzystor J15 zaczyna przewodzic, po¬ wodujac równiez przewodzenie tranzystora J17.Stan przewodzenia tranzystora J15 odcina tran¬ zystor J14, co z kolei powoduje odciecie tranzy¬ storów Jll, J13, i J12. Odciecie tranzystora J12 przerywa zasilanie ze wzmacniacza 4 poprzez od¬ czep z transformatora 5, a zatem powoduje wy¬ laczenie napiecia wyjsciowego falownika. Tranzy¬ stor J17 podwyzsza potencjal na bazie tranzystora J15, zapewniajac jego pewne przewodzenie.Gdy tranzystor J17 przewodzi, kondensator 36 laduje sie przez oporniki 35, 37 i 38 dopóty, do- 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 62888 6 póki potencjal na emiterze tranzystora jednozla- czowego J16 nie osiagnie wartosci, dajacej stan przewodzenia tego tranzystora. Gdy tranzystor J16 zaczyna przewodzic, wówczas spadek napiecia na oporniku R18 powoduje przewodzenie tranzysto¬ ra J18. Potencjal bazy tranzystora J15. obniza sie i odcina ten tranzystor, co z kolei odcina tranzy¬ stor J17 a powoduje przewodzenie tranzystorów J14, Jll, J13 i J12. Kiedy tranzystor J12 zaczyna przewodzic na wyjsciu falownika znów ukazuje sie napiecie. Kondensator 36 rozladowuje sie przez opornik 38, diody 39 i 40 oraz tranzystor J12 i uklad opóznienia czasowego jest ponownie zdol¬ ny do zadzialania.Jezeli po dolaczeniu napiecia wyjsciowego, po okreslonym przez uklad czasie, istnieje ciagle zwarcie lub przeciazenie, opisany wyzej cykl pow¬ tarza sie. Falownik jest wówczas wlaczany i wy¬ laczany bez zagrozenia uszkodzenia jego elemen¬ tów skladowych tak dlugo, az warunki obciaze¬ nia nie powróca do normalnych warunków do¬ puszczalnych.Kiedy tranzystor J12 przewodzi nastepuje ob¬ nizenie napiecia na diodach 40. Dioda 41 sluzy do podwyzszania potencjalu emitera tranzystora J18, umozliwiajac jego odciecie przy odcietym tranzystorze jednozlaczonym J16. Dioda 42 unie¬ mozliwia przeplyw pradu od kolektora J17 do po¬ laczonych szeregowo oporników 31—35. Opornik 43 i opornik 44 sluza do kompensacji zmian temperatury i okreslaja potencjal, przy którym nastepuje przerzut przerzutnika na tranzystorach J14 i J15.Opisany wyzej falownik wraz z bezpiecznikiem 30 moze byc zainstalowany, pod pokrywa ochron¬ na, wewnatrz dobrze wentylowanej szafy, znaj¬ dujacej sie w oswietlanym lampami jarzeniowymi wagonie. Tranzystory i diody mocy montuje sie na zebrowanych radiatorach dla zapewnienia im dobrego chlodzenia. Stosujac odpowiednia kon¬ strukcje mozna umiescic falownik w zamknietej skrzynce, przeznaczonej do umieszczenia pod pod¬ woziem wagonu. PL PL

Claims (7)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Falownik tranzystorowy wyposazony w ukla¬ dy zabezpieczajace przed przepieciami i/lub zwar¬ ciami, znamienny tym, ze zawiera tranzystorowe uklady zabezpieczajace (10, 12), reagujace na na¬ piecie wejsciowe i prad wejsciowy i wylaczajace automatycznie falownik w przypadku wystapienia okreslonych warunków, w których powstaja prze¬ piecia lub zwarcia i wlaczajace go automatycznie, gdy wspomniane wyzej warunki przestaja wyste¬ powac. 5

2. Falownik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zawiera dodatkowo dolaczony do tranzystoro¬ wego ukladu (10), zabezpieczajacego przed prze¬ pieciem przez odlaczenie zasilania (1) ze stopnia wzmacniajacego (4), drugi uklad zabezpieczajacy (11) zawierajacy tyrystor (27) i diode (28) wla¬ czone równolegle do obwodu zasilania przy czym uklad zabezpieczajacy (11) reguluje wzrost napie¬ cia ponad okreslony poziom, wyzszy od okreslo¬ nego poziomu ukladu (10).

3. Falownik wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze tranzystorowy uklad (12) zabezpieczajacy przed zwarciem zawiera oporniki (31—35) i tran¬ zystor (J12) które odlaczaja zasilanie stopnia wzmacniajacego (4), a tym samym wylaczajac stopien wyjsciowy (6), jesli prad wejsciowy falow¬ nika wzrosnie powyzej z góry ustalonej wartosci. 4. ,

4. Falownik wedlug zastrz. 1—3, znamienny tym, ze tranzystorowy uklad (10) zabezpieczajacy przed przepieciem zawiera szeregowo polaczone oporniki (20—22) wlaczone równolegle do zasila¬ cza, przerzutnika zawierajacego tranzystory (J7, J8) oraz uklad (10) zawierajacy tranzystory prze¬ lacznikowe (J9, J10) sterowane przez uklad prze¬ rzutnika (J7, J8) i z kolei sterujace wlaczanie i wylaczanie zasilania od stopnia wzmacniajacego (4) do stopnia wyjsciowego (6) falownika.

5. Falownik wedlug zastrz. 2, 3 i 4, znamienny tym, ze uklad zabezpieczajacy (11) zawiera tyry¬ stor (27) i co najmniej jedna diode Zenera (28) polaczone równolegle i dolaczone szeregowo do opornika (29'), przy czym bramka tyrystora (27) jest polaczona ze wspólnym punktem polacze¬ nia diody Zenera (28) i opornika (29').

6. Falownik wedlug zastrz. 1—5, znamienny tym, ze tranzystorowy uklad (12) zabezpieczajacy przed zwarciem zawiera uklad przerzutnikowy na tranzystorach (J14, J15), tranzystory przelaczaja¬ ce (Jll, J13) sterowane przez ten przerzutnik, a wlaczajace i wylaczajace zasilanie wzmacniacza (4).

7. Falownik wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze tranzystorowy uklad (12) zabezpieczajacy przed zwarciem zawiera obwód opóznienia czasowego skladajacy sie z kondensatora (36) i tranzystora jednozlaczowego (J16), który okresla czas, po któ¬ rym nastepuje ponownie automatyczne zlaczenie zasilania falownika po jego odlaczeniu. 15 20 25 80 85 40 45KI. 21 d2,12/04 62888 MKP W.D.Kart. C/182/71, A4, 250 PL PL