SE448333B - Elektronisk sekring ingaende i ett distributionssystem for likstrom - Google Patents

Description

44sgss3l¿l 2. 7 >högóhmigt system enligt¿ovan (kurva bi iâs en maximal spänningssänkning j 10 15 20 25 "resp då säkringen har smält. Heldragna kurvan a visar förloppet för ett e Reooeakelse rön UPPFINNLNGEN f _ ningar, där gfigur 2 visar ett diagram över spänningsfallet över en säkring vid kort~ och en maximal spänningshöjning av ca 4,5 V i kortslutningsögonblicket "in 'konventionellt reläsystem utan högohmighet och denstreckprickade kurvan je c förloppet_vid användning av en elektronisk säkring enligt uppfinningen.^ Den ovan beskrivna högohmiga lösningen pâ transientproblemet erfordrar 1.- emellertid stora~batuerier och är.därför i praktiken endast möjlig i *stora kraftdistributionssvstem; I små system med batterier mindre än ca g200D Ah krävs mycket stora¿kqndensatorer för att hälla transienterna inom godtagbara nivåer. f Ändamålet med föreliggande uppiinning är att tillhandhâlla en elektro- 7 nisk säkring, som begränsar kortslutningsströmmen¿ varigenom spännings- fall och transienter vid kortslutning och säkringsavbrott kan reduceras till ett mycket Lågt värde.

Uppfinningen är därvid kännetecknad så som det framgår av efterföljande' patentkrav 1.

Med den föreslagna elektroniska säkringen, vilken helt eller delvis ere sâffer säkrangårnaesi-se 1 bifogade figuf 1 fas således en förbättrad strömbegränsning, vilken i det kända systemet uppnâddes medelst den nög-_ ohmiga dimensioneringen av batteri och kabel. Fördelen med säkringen enligt uppfinningen är att någon sådan dimensionering ej längre är nöd* vändig, vilket innebär en fdrenkling och lägre förluster i systemet. Ge~ nom användning av den föreslagna säkringen kan även en strömbegränsning _ vid kortslutning i-små kraftsystem erhâllasl FmuRaeskRIvNINe _Uppfinningen skall närmare beskrivas med hänvisning till bifogade rit- ' mi? figur 1 schematiskt visar ett hägohmigt kraftdistrioutionssystem, rñ~ slutning,_ gi 4 10 15 "' 20 izso 30 44a_szs" 3, figur 3 visar ett blockschema för att åskådliggöra principen hos säk- ringen enligt uppfinningen; figur 4 visar ett kopplingsschema över en utföringsform enligt uppfin- ningen, ;figur*5 visar ett strömdiagram och figur 6 visar en utföringsform av effektkretsen ingående i säkringen enligt figur 3. urröátwssfonmea o il Bloeksehemat enligt figur 3 visar principen för en elektronisk säkring enligt uppfinningen. Denna innehåller en effektkrets EK ansluten till en last L vars kontslutningsström skall övervakas. Lasten är ansluten till systemets nolledare och effektkretsen EK är ansluten via ett ström- iavkännande motstånd R till den negativa polen i systemet (~48V i detta fall). Effektkretsen.innehâller_dels en normalt ledande och styrbar strömväg och dels en styrbar strömbegrånsande strömväg-och är uppbyggd av transistorkretsar av vilka en genomsläpper lastströmmen och en pe- gränsar den överström som uppkommer vid kortslutning i lasten till ett Uvisst nominellt värde In. Om lasten L är kapacitiv har effektkretsen _ även till uppgift att begränsa den överström som uppkommer genom lasten under startförloppet; I vissa utföringsformer (beskrives nedan) kan den styrbara strömvägen och den strömbegränsande vägen utgöras av en ström- väg.

Den elektroniska säkringen innehâller.vidare en tröskelkrets JE ansluten med sin ena ingång till ett motstånd R och med sin andra ingång till en _referensspänning Vr. Utgången av tröskelkretsen JF år ansluten till en tidskrets TK, vars utgång via en visuell indikeringsanordning exempel- 'vis en-Lysdiod LD är ansluten till styringângen av en hâllkrets HK.

Hållkretsens utgång är ansluten till en styringâng till den styrbara strömvägen ingående i effektkretsen'EK. Dessutom finns en kontakt K för âterställning av hâllkretsen. Uppgiften för hâllkretsen är att pâverka effektkretsen sâ att denna ej leder någon ström. Samtliga enheter (även -kontakten K) år uppovggda av elektroniska kretsar innehållande tran- sistorer, dioder och passiva komponenter (motstånd, kondensatorer). %t44s sz3*i 4't I det normala tillståndet flyter en lastström Jïšln genom effektkretsens ledande strömväg och genom motståndet_R. Detta ger ett spänningsfall UR < Uref och över tröskelkretsens utgång fås ingen storhet som kan ak- tivera tidskretsen TK; Denna krets, liksom hållkretsen HK är således i vilande tillstånd och lastströmmen flyter utan nämnvärt motstånd (bort- _ _sett från motståndet R) från.0V genom lasten och effektkretsen EK till 10 ' 15 -48V.

Vídkortslutningeller överström är I > In och spänningsfallet UR över ” motståndet R blir större än Uref. I detta fall fås en utstorhet (ut- A -spänning) från kretsen JF, vilken som styrstorhet tillförs effektkret- sen EK och styr denna så att den övergår fill konstantströmsreglering.

Detta innebär att kortslutningsströmmen begränsas till ett-värde'av same, _ ma storleksordning som säkringens nominella strömvärde In, Samtidigt ak- tiveras tidskretsen TK av utstorheten från tröskelkretsen JF och börjar räkna en viss vald tid At. Då tiden At räknats fås en utsignal till lys- dioden och till styringången av hållkretsen HK. Denna ger därvid en ut-, ag signal till effektkretsen EK vilken medför att strömvägen (strömvägarna) 20 25 -_30 .i denna bryts, varvid lastströmmen bryts helt; Fördröjningsförloppet i I tidskretsen TK är nödvändigt för att förhindra att den elektroniska säk- ringen utlöses av enstaka transienter som kraftsystemet kan tåla samt fför att förhindra att.säkringen löses ut vid start av en kapacitiv last.

Eventuellt kan hållkretsen dimensioneras så att en vttre signal vid a"yttre utlösning" aktiverar denna för att lösa ut säkringen, dvs åstad- komma en brytning av lastströmmen. Detta ger möjlighet till priorite-I ring av last vid exempelvis nätavbrott. Säkringen kan återställas ma-V nuellt eller medelst yttre signal genom att sluta kontakten K. Tidskret- sen TK är lämpligen dimensionerad som en analog RC~krets (kondensator plus motstånd), men även en digital kretslösning med en binärräknare kan vara möjliga ' Figur 4 visar en utföringsform av den elektroniska säkringen enligt fi- gur3. ' 7 J ” l I ~Effektkretsen EK utgörs här av tvâ strömvägar av vilka den ena utgörs - av kollektor-emittersträckan hos en första npn-transistor T1 och den a).

(If flj. a? ffs”. 448 553 andra av ett motstånd Réui serie.med kollektor-emittersträckan hos en ”andra npn-transístor T2. Kollektor-emitterstråckorna hos transistorerna T1 och T2 är anslutna i parallell. Motståndet R1 anslutet till emittrar~ na hos transistorerna T1 och T2 motsvarar motståndet R i figur 2. Jäm- förelsekretsen JF utgörs.av en npn-transistor T3, vars bas är ansluten ”till motståndet R1 och till den gemensamma'emitter-anslutningspunkteh .Jhos transistorerna T1 och TE. Ett motstånd R2är som kollektormotstând 10. 15 20 25 l zoo _35 anslutet till transistorn T3. Tidskretsen TK utgörs av en RC~koppling innehâllande_en onp-transistor T6, en RC-länk bestående av kondensatorn C och motståndet É3, samt ett basmotstånd Ró till transistorn T6 an- slutet mellan kondensatorn C.och motståndet-R3: En kontakt K2 är anslu- ten parallellt med kondensatorn C för kortslutning av denna i slutet läge; Hâllkretsen HK utgörs av tvâ transistorkretsar. Ena kretsen är bildad av npn-transistorn T4; vars bas är ansluten till kollektorn hos transistorn T6 i tidskretsen TK och vars kollektor är ansluten till ba- sen hos transistorn T1 ingående i_effektkretsen. Den andra kretsen ut~ görs av npn-transistorn T5, varvid motståndet T5 ingår i effektkretsen EK. Basen.hos_transistorn TS är ansluten till kollektorn hos transistorn I Ió och dess emitter (liksom emittern hos transistorn T4 är ansluten till klämman r48V). Kollektorn hos transistorn TS är via tnansistorns T2 bas¿ motstånd RS ansluten till klämman OV.

'I normalt tillstånd hos kraftutrustningen flyter en lastström IL < In till kollektorn hos transistorn T1. Motståndet R1 har en resistans såå dimensionerad att bas-emitterspänningsfallet för lastströmmen IL'är mindre än 0,7 V vilket medför att transistorn T3 är spärrad. Vidare är resistansen hos motståndet R2.sâdan att tillräckligt bas-emitterspän- ningsfall hos transistorn T1 erhålles, varför transistorn T1 är helt ”ledande och en lâgohmig strömväg fås för lastströmmen mellan lastut- gängen till +4av. _ Då lastströmmen IL ökar så att IL > In, dvs en överström uppstår, exem~ oelvis genom kortslutning kommer spänningsfallet över motståndet R1 att * öka upp till de 0,? V som erfordras.för att transistorn T3 skall bli le- * dande. Transistorn T3 börjar således att leda och en ström flyter genom motståndet R2 och kollektor-emittersträckan hos transistorn T3 till -48V. Detta medför att basströmmen till transistorn T1 avledes genom 10 15 20 25 30 0-35 I (figur êlsom funktion av.tiden; Vid t=0 tlyter en normal lastström, dvs r44sss53 den lågohmiga Vägen till -48V.o;h transistorn T1 spärras (potentialen ti punkten a blir negativ). Kortslutningsströmmen kommer därvid att le-e das genom den nu ledande transistorn T2 (basström via motståndet R51> _ = oeh begränsas av motståndet R4. Ström kommer också att ilyta från Oyg i ' e till kondensatorn G;_genom motståndet R3 i tidskretsen, och genom den ~ _ 5 helt ledande transistorn T3 till -48V. Detta medför att kondensatorn t _ - I s laddas upg (kontakten K2 är bruten). Efter en viss tid At har kondensa-F torn C laddats upp så mycket att bas-emitterspänningsfallet till tran- sistorn få överskrider 0,? V och denna transistor börjar att leda, vil- aket i sin tur medför att ström flyter genom motståndeñ}R7, R8 och tran- sistorn TS, vilket medför att yttertigare ström från OV genom motståndet RS flyter men nu genom transistorn TS. Bas-emitterspänningsfallet hos transistorn T2 blir nu för lågt, varför denna transistor spärras. Detta innebär att den_elektroniska säkringen utlösta, eftersom lastströmvågen .har-spärrats av de oledande transistorerna T1 och T2. Strömmen genom den ledande transistorn TS begränsas av.motstândet RS.

I utföringsformen enligt figur 6 innehåller effektkretsen EK endast en transistor T1, vilken med motståndet R1 bildar en styrbar strömväg för lastströmmen. Basen till transistorn T3 är via motståndet R10 ingående i tröskelkretsen JF ansluten till transistorns T1 kollektor och ansluten till -48V via motståndet R1i. Transistor T2 jämte motståndet R4 har borttagits liksom transistor TS och motståndet RS (figur 4). Då ström- men genom transistorn T1 ökar kommer transistorn T3 att leda och tran- " sistor T1'börjar att spärras. Därmed stiger kollektorspänningen över* transistorn T1 och ström flyter genom motståndet R10 till basen hos' transistorn T3¿ Ju mer spänningen över transistorns T1 kollektor ökar desto mer spärras denna transistor. Således fås en minskning av T1:s -kollektor-emitterström-så att produkten VCE ~ IC hâlles inom transis- torns s k safety operating area. Resultatet blir en begränsning av kort- slutningsströmmen och kortslutningseffekten.

Diagrammet enligt figur 5 visar kollektorströmmen genom transistorn T1 en kollektorström av exempelvis SA genom transistorn.T1« Vid t = to sker kortslutning i lasten och strömmen ökar språngartatf men begränsas .av effektkretsen till ett visst värde exempelvis 8A. Detta sker medelst v m.

M8 333Å strömvëgah RÅ, T2 eñtígfífígur 4. I utförandet enligt figur 6 begränsas > koLLektorströmmen I i beroende av kottektorspânningen och titt ett vär- , C , ¶da'5om.är Lägre än In = 5A (streckad kurva).

Claims (2)

1. fm 15 10 ï44e 333 PATENTKRAV 1 Elektronisk säkring ingående i ett distributionssystern för likström och ansluten i serie med en last över distributionssystemets matningsspänningskälla för att utlösas då lastströmmen 'genom säkringen - under en viss tid (At) överskridit ett visstvärde, innehållande en strömbegränsande effektkrets (EK), ' vilken leder n-en lastström (ll), en tröskelkrets (JF) som avkänner nämnda -lastström och som avger en första 'storhet da lastströmmen (ll) överskrider ett visst bestämt värde (ln), en tidskrets (TK), vilken aktiveras av den första storheten för att efternnämnda tid'(A t) avge en andra storhet, k ä n n' e t e c k 'a d av att effektkretsen (EK) utgörs av en första styrbar strömväg (Tl)nför 'lastströmmen (ll) samt av en »andra strömbegränsande ooh styrbar¿strömväg (Ria, Ii) ansluten parallell med den första strömvägen, varvid den första strömvägenv styrs till att bli oledande av nämnda första * storhefunder det att den andra strömvägen (Rix, T2)' är ledande för begränsning av lastströmmen, samt av en hàllkrets (HK) som aktiveras av den andra storheten för att till effektkretsen (EK) avge en tredje storhet, vilken medför _ att nämnda båda strömvägar' blir oledande, varigenom lastströmmen brytas.
2. 2 Elektronisk säkring enligt patentkrav I, k-ä n n e t e c k n a d av att nämnda effektkrets (EK) innefattar' ens första translator (Tl) vars Icollektor- emittersträcka bildar 'nämnda 'första styrbara strömväg och vars bas är ansluten till nämnda tröskelkrets (JF), samt en andra' transistor (TZ), vars kollektor- emittersträcka i serie' med ett första motstånd (R4) bildar' nämnda andra strömbegränsande strömväg, varvid basen hos den andra transistorn (T2) är' via ett andrsrmotstànd (RS) ansluten till ena terminalen hos nämnda matnings- spänningskälla; och varvid 'det andra motståndet (RS) är sa dirnensionerat att då g lastströnimen överskrider nämnda värde och da den första transistorn blir oledande, den andra tansistorn är ledande för att begränsa lastströmmen. i ralsc» _ W n.. (J\ fa Ü: w fl