Транзисторные устройства коммутации и защиты сетей постоянного тока

В сетях постоянного тока в качестве коммутирующего прибора предпочтительное применение находят полностью управляемые приборы — транзисторы. Это объясняется тем, что другие приборы — тиристоры для отключения постоянного тока требуют использования специальной, довольно сложной схемы искусственной коммутации и поэтому находят довольно ограниченное применение.

Как указывалось выше, транзисторные коммутаторы-ключи, должны совмещать функции ограничения максимальных токов нагрузки и защиты сети от короткого замыкания. Для реализации этих функций в составе коммутатора необходимо иметь устройство, обеспечивающее ограничение тока на заданном уровне и отключающее его полностью при затяжном характере перегрузки. Все указанные операции по управлению силовым ключом-транзистором осуществляются в практических схемах с помощью вычислительного устройства,

собранного для уменьшения габаритов, массы и потребления мощности на микросхемах. На рис. 9.1.7 представлена функциональная схема бесконтактного выключателя защиты сети постоянного тока, рассчитанного на ток 30 А при

напряжении 27 В. Выключатель имеет КПД 96 — 98 %, объем 120 см³, массу 250

Рис. 9.1.7.Функциональная схема выключателя защиты сетей

г и отключает сеть при максимальном токе 80 А за 3 мкс.

На схеме И — источник питания, Н — нагрузка сети, VT — транзистор, включающий и отключающий нагрузку. Управление транзистором производится от усилителя У, который, в свою очередь, управляется блоком логики Л, получающим информацию о токе нагрузки в виде падения напряжения на резисторе R_T. Цепи управления питаются от вторичного источника питания ВИП. Диод VD1 служит для пропуска обратного тока, так как транзистор VT имеет одностороннюю прово­димость, а стабилитрон VD2 защищает транзистор от перенапряжений.

На рис. 9.1.8 изображены временные диаграммы работы ключа. В нормальном режиме работы силовой транзистор-ключ находится в насыщенном состоянии с малым коллекторным падением напряжения и поэтому с малыми потерями. При увеличении тока до предельного значения, называемого током отключения 1_откл, транзистор переводится системой управления в широтно-импульсный режим стабилизации тока на уровне тока отключения. Этот режим система управления может поддерживать в течение определенного заданного интервала времени Т_и. Если за это время ток уменьшится до нормального значения, то отключение нагрузки не произойдет. Такой режим может быть при кратковременных бросках тока, нагрузки, например при пуске двигателя. Величина Т_И выбирается в соответствии с предполагаемой длительностью броска тока. Если же ток не спадает, например, вследствие короткого замыкания, то по истечении времени Т_И происходит отключение нагрузки путем запирания транзистора. Для обеспечения автоматического повторного включения схема управления производит периодические контрольные включения с довольно большим интервалом времени Т.

Рис.. 9.1.8. Временные диаграммы тока нагрузки при кратковременном броске тока (кривая 1) и при коротком замыкании (кривая 2)