RU2806797C1 - Contactless dc circuit breaker - Google Patents
Contactless dc circuit breaker Download PDFInfo
- Publication number
- RU2806797C1 RU2806797C1 RU2023111405A RU2023111405A RU2806797C1 RU 2806797 C1 RU2806797 C1 RU 2806797C1 RU 2023111405 A RU2023111405 A RU 2023111405A RU 2023111405 A RU2023111405 A RU 2023111405A RU 2806797 C1 RU2806797 C1 RU 2806797C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- terminal
- thyristor
- common point
- current transformer
- current
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для коммутации силовых цепей постоянного тока, имеющих большую индуктивность без размыкания контактов.The invention relates to pulse technology and can be used for switching DC power circuits with high inductance without opening the contacts.
Известен бесконтактный размыкатель цепей постоянного тока [RU 120826 U1, МПК Н03К 17/00 (2006.01), опубл. 27.09.2012], содержащий конденсатор, коммутатор, источник постоянного напряжения, плюсовой вывод которого соединен с первым выводом нагрузки и с катодом вентиля в первую общую точку. Минусовый вывод источника постоянного напряжения соединен с катодом тиристора. Второй вывод нагрузки соединен с анодом вентиля во вторую общую точку, к которой подключен выходной зажим вторичной обмотки трансформатора тока. Входной зажим вторичной обмотки подключен к аноду тиристора, причем первичная обмотка трансформатора тока имеет в 5-10 раз большее число витков, чем вторичная обмотка. Входной зажим вторичной обмотки трансформатора тока и анод тиристора соединены в третью общую точку с выходным зажимом первичной обмотки трансформатора тока и первым зажимом конденсатора. Входной зажим первичной обмотки трансформатора тока соединен в четвертую общую точку со вторым зажимом конденсатора и первым зажимом резистора. Второй зажим резистора подключен к первому зажиму коммутатора, а второй зажим коммутатора подключен к первой общей точке.A known contactless DC circuit breaker [RU 120826 U1, IPC N03K 17/00 (2006.01), publ. 09.27.2012], containing a capacitor, a commutator, a constant voltage source, the positive terminal of which is connected to the first load terminal and to the cathode of the valve at the first common point. The negative terminal of the constant voltage source is connected to the cathode of the thyristor. The second load terminal is connected to the anode of the valve at a second common point, to which the output terminal of the secondary winding of the current transformer is connected. The input terminal of the secondary winding is connected to the anode of the thyristor, and the primary winding of the current transformer has 5-10 times the number of turns than the secondary winding. The input terminal of the secondary winding of the current transformer and the anode of the thyristor are connected to a third common point with the output terminal of the primary winding of the current transformer and the first terminal of the capacitor. The input terminal of the primary winding of the current transformer is connected at a fourth common point to the second terminal of the capacitor and the first terminal of the resistor. The second terminal of the resistor is connected to the first terminal of the commutator, and the second terminal of the commutator is connected to the first common point.
Недостатком такого устройства является то, что до размыкания коммутатора ток ветви с источником постоянного напряжения и тиристором растекается по двум параллельным ветвям: по ветви с вторичной обмоткой трансформатора тока и резистором и по ветви с первичной обмоткой трансформатора и нагрузкой. Следовательно, по первому закону Кирхгофа ток, протекающий через источник постоянного напряжения и тиристор, превышает ток в нагрузке на величину тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора тока и резистору. Следовательно, необходим тиристор, рассчитанный на больший ток, чем ток в нагрузке, что приводит к увеличению габаритов устройства и к уменьшению надежности его работы.The disadvantage of such a device is that before the switch opens, the current of the branch with a constant voltage source and a thyristor spreads through two parallel branches: along the branch with the secondary winding of the current transformer and resistor, and along the branch with the primary winding of the transformer and load. Therefore, according to Kirchhoff's first law, the current flowing through the constant voltage source and the thyristor exceeds the current in the load by the amount of current flowing through the secondary winding of the current transformer and the resistor. Consequently, a thyristor is needed that is designed for a higher current than the current in the load, which leads to an increase in the dimensions of the device and a decrease in the reliability of its operation.
Техническим результатом изобретения является уменьшение величины тока, протекающего через тиристор при неизменной величине тока в нагрузке до размыкания коммутатора, уменьшение габаритов устройства и увеличение надежности его работы.The technical result of the invention is to reduce the amount of current flowing through the thyristor at a constant value of current in the load before opening the switch, reducing the dimensions of the device and increasing the reliability of its operation.
Бесконтактный размыкатель цепей постоянного тока, так же как в прототипе, содержит конденсатор, коммутатор, источник постоянного напряжения, плюсовой вывод которого соединен с первым выводом нагрузки и с катодом вентиля в первую общую точку. Минусовый вывод источника постоянного напряжения соединен с катодом тиристора, а второй вывод нагрузки соединен во вторую общую точку с анодом вентиля и с выходным зажимом вторичной обмотки трансформатора тока, а входной зажим вторичной обмотки трансформатора тока подключен к аноду тиристора. Первичная обмотка трансформатора тока имеет в 5-10 раз большее число витков, чем вторичная обмотка.The non-contact DC circuit breaker, as in the prototype, contains a capacitor, a commutator, a DC voltage source, the positive terminal of which is connected to the first load terminal and to the cathode of the valve at the first common point. The negative terminal of the constant voltage source is connected to the cathode of the thyristor, and the second terminal of the load is connected to the second common point with the anode of the valve and with the output terminal of the secondary winding of the current transformer, and the input terminal of the secondary winding of the current transformer is connected to the anode of the thyristor. The primary winding of a current transformer has 5-10 times more turns than the secondary winding.
Согласно изобретению, входной зажим первичной обмотки трансформатора тока подключен ко второй общей точке, выходной зажим образует третью общую точку с первыми зажимами коммутатора и конденсатора, а вторые зажимы коммутатора и конденсатора подключены в четвертую общую точку с минусовым выводом источника постоянного напряжения и с катодом тиристора.According to the invention, the input terminal of the primary winding of the current transformer is connected to the second common point, the output terminal forms a third common point with the first terminals of the commutator and capacitor, and the second terminals of the commutator and capacitor are connected to the fourth common point with the negative terminal of the constant voltage source and with the cathode of the thyristor.
Благодаря предложенной схеме ток, протекающий через источник постоянного напряжения и нагрузку, до размыкания коммутатора делится по двум параллельным ветвям: через ветвь с вторичной обмоткой трансформатора тока и тиристором и через ветвь с первичной обмоткой трансформатора тока и коммутатор. Следовательно, ток, протекающий через тиристор, меньше тока в нагрузке на величину тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора тока, поэтому для размыкания цепи требуется тиристор меньшей мощности и меньших габаритов, что приводит к уменьшению габаритов заявляемого устройства и к увеличению надежности его работы.Thanks to the proposed circuit, the current flowing through the constant voltage source and the load, before opening the commutator, is divided into two parallel branches: through the branch with the secondary winding of the current transformer and the thyristor, and through the branch with the primary winding of the current transformer and the commutator. Consequently, the current flowing through the thyristor is less than the current in the load by the amount of current flowing through the secondary winding of the current transformer, therefore, to open the circuit, a thyristor of lower power and smaller dimensions is required, which leads to a reduction in the dimensions of the inventive device and an increase in the reliability of its operation.
На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема бесконтактного размыкателя цепей постоянного тока.In fig. Figure 1 shows a schematic electrical diagram of a contactless DC circuit breaker.
На фиг. 2 показаны временные зависимости тока в нагрузке и тока отключения тиристора.In fig. Figure 2 shows the time dependences of the load current and the thyristor shutdown current.
Бесконтактный размыкатель цепей постоянного тока содержит источник постоянного напряжения 1, плюсовой вывод которого включен в первую общую точку с первым выводом нагрузки 2 и с катодом вентиля 3. Анод вентиля 3 образует вторую общую точку со вторым выводом нагрузки 2, с входным зажимом первичной обмотки 4 трансформатора тока и с выходным зажимом вторичной обмотки 5 трансформатора тока. Выходной зажим первичной обмотки 4 трансформатора тока (подключен) включен в третью общую точку с первыми зажимами коммутатора 6 и конденсатора 7. Входной зажим вторичной обмотки 5 трансформатора тока подключен к аноду тиристора 8, катод которого образует четвертую общую точку с минусовым выводом источника постоянного напряжения 1 и вторыми зажимами коммутатора 6 и конденсатора 7.The contactless DC circuit breaker contains a constant voltage source 1, the positive terminal of which is connected to the first common point with the first load terminal 2 and with the cathode of the valve 3. The anode of the valve 3 forms a second common point with the second load terminal 2, with the input terminal of the primary winding 4 of the transformer current and with the output terminal of the secondary winding 5 of the current transformer. The output terminal of the primary winding 4 of the current transformer (connected) is connected to the third common point with the first terminals of the commutator 6 and capacitor 7. The input terminal of the secondary winding 5 of the current transformer is connected to the anode of the thyristor 8, the cathode of which forms the fourth common point with the negative terminal of the constant voltage source 1 and the second terminals of the commutator 6 and the capacitor 7.
Устройство работает следующим образом. На тиристор 8 подается управляющий импульс, что приводит его к включению, одновременно замыкается коммутатор 6. Через источник постоянного напряжения 1 и через нагрузку 2 протекает постоянный ток 9 (фиг. 2), который растекается по двум параллельным ветвям: через ветвь с вторичной обмоткой 5 трансформатора тока и тиристором 8 и через ветвь с первичной обмоткой 4 трансформатора тока и коммутатором 6. Поскольку первичная обмотка 4 трансформатора тока имеет в 5 - 10 раз большее число витков, чем вторичная обмотка 5, то из-за разницы активных сопротивлений ток, протекающий через первичную обмотку 4, будет в 5-10 раз меньше тока, протекающего через вторичную обмотку 5 трансформатора тока. В момент времени t0 размыкается коммутатор 6, ток в первичной обмотке 4 падает до нуля и, благодаря встречному включению обмоток трансформатора тока, во вторичной обмотке 5 формируется импульс тока 10, который за счет коэффициента трансформации обмоток трансформатора тока, превышает по величине ток первичной обмотки 4 в 5-10 раз. В момент времени t1 импульс тока 10 переходит через ноль и тиристор 8 отключает источник постоянного напряжения 1 от нагрузки 2. Энергия, запасенная в нагрузке 2, при её индуктивном характере, шунтируется вентилем 3. Возникающий импульс перенапряжения на обмотках 4, 5 уменьшается конденсатором 7.The device works as follows. A control pulse is applied to the thyristor 8, which causes it to turn on, and at the same time the switch 6 is closed. A direct current 9 flows through the constant voltage source 1 and through the load 2 (Fig. 2), which spreads along two parallel branches: through the branch with the secondary winding 5 current transformer and thyristor 8 and through the branch with the primary winding 4 of the current transformer and the commutator 6. Since the primary winding 4 of the current transformer has 5 - 10 times more turns than the secondary winding 5, due to the difference in active resistances, the current flowing through primary winding 4 will be 5-10 times less than the current flowing through the secondary winding 5 of the current transformer. At time t 0 , switch 6 opens, the current in the primary winding 4 drops to zero and, thanks to the counter-connection of the windings of the current transformer, a current pulse 10 is formed in the secondary winding 5, which, due to the transformation ratio of the windings of the current transformer, exceeds in magnitude the current of the primary winding 4 by 5-10 times. At time t 1, the current pulse 10 passes through zero and the thyristor 8 disconnects the constant voltage source 1 from the load 2. The energy stored in the load 2, given its inductive nature, is shunted by valve 3. The resulting overvoltage pulse on windings 4, 5 is reduced by capacitor 7 .
С помощью программы Multisim были проведены исследования бесконтактного размыкателя цепей постоянного тока со следующими параметрами: напряжение источника постоянного напряжения 1-100 В, индуктивность нагрузки 2 - 2 Гн, её активное сопротивление 1 Ом, индуктивность первичной обмотки 4 трансформатора тока - 10 мГн, её активное сопротивление - 1 Ом, индуктивность вторичной обмотки 5 трансформатора тока - 100 мГн, её активное сопротивление - 5 Ом, коэффициент индуктивной связи обмоток 4,5 - 0.8, ёмкость конденсатора 7 - 1 мкФ. До размыкания коммутатора 1 ток в нагрузке 2 - 54,2 А, ток вторичной обмотки 5 трансформатора тока и в тиристоре 8 - 45,2 А, ток первичной обмотки 4 трансформатора тока и в коммутаторе 6 - 9,04 А. Таким образом, до размыкания коммутатора 6, ток в тиристоре 8 был меньше тока в нагрузке 2 на 9,04 А. После размыкания коммутатора 6 ток в тиристоре 8 переходит через нулевое значение до минимального значения минус 10 А, что приводит к устойчивому запиранию тиристора 8.Using the Multisim program, studies were carried out on a contactless DC circuit breaker with the following parameters: DC voltage source voltage 1-100 V, load inductance 2 - 2 H, its active resistance 1 Ohm, inductance of the primary winding of 4 current transformers - 10 mH, its active resistance - 1 Ohm, inductance of the secondary winding 5 of the current transformer - 100 mH, its active resistance - 5 Ohms, inductive coupling coefficient of the windings 4.5 - 0.8, capacitance of the capacitor 7 - 1 μF. Before opening the switch 1, the current in the load is 2 - 54.2 A, the current of the secondary winding 5 of the current transformer and in the thyristor 8 is 45.2 A, the current of the primary winding 4 of the current transformer and in the switch 6 is 9.04 A. Thus, up to opening of switch 6, the current in thyristor 8 was less than the current in load 2 by 9.04 A. After opening of switch 6, the current in thyristor 8 passes through the zero value to a minimum value of minus 10 A, which leads to stable blocking of thyristor 8.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет использовать тиристор меньшей мощности и меньших габаритов, что приводит к уменьшению габаритов устройства и к увеличению надежности его работы.Thus, the proposed invention allows the use of a thyristor of lower power and smaller dimensions, which leads to a reduction in the dimensions of the device and an increase in the reliability of its operation.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2806797C1 true RU2806797C1 (en) | 2023-11-07 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1233273A1 (en) * | 1984-07-02 | 1986-05-23 | Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро С Опытным Производством Минского Радиотехнического Института | Switching device |
| US4956762A (en) * | 1989-01-13 | 1990-09-11 | S-V Technology, Inc | Controlled switched bridge-based power reconfiguring apparatus |
| RU120826U1 (en) * | 2012-04-23 | 2012-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Non-contact DC circuit breaker |
| US9660553B2 (en) * | 2012-11-30 | 2017-05-23 | Ingeteam Power Technology, S.A. | Switching stage, energy conversion circuit, and conversion stage for wind turbines comprising the energy conversion circuit |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1233273A1 (en) * | 1984-07-02 | 1986-05-23 | Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро С Опытным Производством Минского Радиотехнического Института | Switching device |
| US4956762A (en) * | 1989-01-13 | 1990-09-11 | S-V Technology, Inc | Controlled switched bridge-based power reconfiguring apparatus |
| RU120826U1 (en) * | 2012-04-23 | 2012-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Non-contact DC circuit breaker |
| US9660553B2 (en) * | 2012-11-30 | 2017-05-23 | Ingeteam Power Technology, S.A. | Switching stage, energy conversion circuit, and conversion stage for wind turbines comprising the energy conversion circuit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9178348B2 (en) | DC voltage line circuit breaker | |
| CN104779593A (en) | Direct-current solid circuit breaker and control method thereof | |
| KR20120091134A (en) | Free-wheeling circuit | |
| US11373816B2 (en) | Circuit breaker | |
| WO2016091178A1 (en) | Arc extinguishing device | |
| WO2015081615A1 (en) | Direct-current circuit breaker | |
| CN106849635A (en) | Cascade connection multi-level transverter submodule pressure bypass circuit out of control | |
| US10218170B2 (en) | Current-limiting device utilizing a superconductor for a current-limiting operation | |
| RU2806797C1 (en) | Contactless dc circuit breaker | |
| JPS5855749B2 (en) | Gate turn-off thyristor protection device | |
| RU2321945C2 (en) | Switching device for reliably switching current circuits | |
| KR20220069116A (en) | transformer device | |
| US10224711B2 (en) | Device and method for protecting against leakage currents | |
| CN115065039A (en) | Hybrid circuit breaker | |
| RU2682367C1 (en) | Inductive-pulse generator | |
| RU2305366C1 (en) | Constant current circuit release | |
| RU77524U1 (en) | DC CIRCUIT BREAKER | |
| RU67798U1 (en) | RESONANT DC CIRCUIT SWITCH | |
| RU2769814C1 (en) | Inductive pulse generator | |
| SU520631A1 (en) | Device for forcing the active inductive load | |
| CN115776099B (en) | Continuous zero-crossing type direct current breaker and fault solving method | |
| RU131924U1 (en) | DC IN-CIRCUIT BREAKER | |
| RU225241U1 (en) | Mechatronic device for switching on a high-voltage electrovacuum microwave device of a radar radio transmitter | |
| CN210518115U (en) | Protection circuit of sampling resistor, flyback converter and switching power supply | |
| CN217115611U (en) | Overvoltage protection circuit and electrical equipment |