Устройство для поглощения энергии индуктивного элемента, коммутируемого в электрической цепи постоянного тока

 

Использование: передача электрической энергии между цепями электрооборудования транспортных средств. Сущность изобретения: устройство содержит диод, конденсатор, токоограничивающий резистор , транзистор, стабилитрон и резистор смешения. Транзистор выполняет функции резистора, сопротивление которого по мере убывания тока в цепи индуктивного элемента растет, обеспечивая оптимальное сопротивление цепи. При этом время убывания тока в цепи индуктивного элемента после отключения источника электрической энергии уменьшается без увеличения перенапряжения . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

- ТЕКР.а . $ "1 .,,;; ЭЛИОТ,;,, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4849131/11 (22) 09.07.90 (46) 15.08.92. Бюл. ¹ 30 (71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (72) О.И. Новиков (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1226590, кл. Н 02 M 3/335, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ

ЭНЕРГИИ ИНДУКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА, КОММУТИРУЕМОГО В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к передаче электрической энергии между цепями электрооборудования транспортных средств (электровозы, тепловозы, дизель-поезда), имеющими индуктивное сопротивление, в частности от источника электрической энергии постоянного тока (аккумуляторная батарея, электромашинный генератор, выпрямитель) к катушкам контакторов, реле и электропневматических вентилей, к обмоткам возбуждения электрических машин.

Известен ряд устройств для поглощения энергии йндуктивного элемента, коммутируемого в электрической цепи постоянного тока, В этих устройствах после размыкания цепи индуктивного элемента

его энергия поглощается при помощи нелинейных(варисторов, стабилигронов) или линейных резисторов, конденсаторов и затем рассеивается в виде тепла.

„„5U „„1755329 А1 (51)5 Н 01 Н 5/00, В 60 L 1/00 (57) Использование: передача электрической энергии меЖду цепями электрооборудования транспортных средств. Сущность изобретения: устройство содержит диод, конденсатор, токоограничивающий рези- стор, транзистор, стабилитрон и резистор смешения. Транзистор выполняет функции резистора, сопротивление которого по мере убывания тока в цепи индуктивного элемента растет, обеспечивая оптимальное сопротивление цепи. При этом время убывания тока в цепи индуктивного элемента после отключения источника электрической энергии уменьшается без увеличения перенапряжения. 1 ил, Наиболее близким к предлагаемому является устройство, в котором энергия индуктивного элемента поглощается конденсатором и цепью, состоящей из последовательно соединенных диода и рези- а стара.

Известное устройство не обеспечивает у оптимальное поглощение энергии индук- у тинного элемента, так как при большом сопротивлении резистора поглощающей цепи в момент размыкания цепи индуктивного элемента возникают на нем перенапряже- О ния. Если уменьшить сопротивление этого резистора, то воарастает время уоывяния р» тока в цепи индуктивного элемента после отключения его от источника электрической энергии, Целью изобретения является повышение эффективности поглощения энергии индуктивного элемента путем снижения времени убывания тока в цепи индуктивно1755329 го элемента без увеличения на нем перенап-. ряжения.

Сущность изобретения сводится к следующему. Известное устройство, которое имеет конденсатор и диод с токоограничивающим резистором в своей цепи, дополняют транзистором, стабилитроном и резистором смещения, Цепь коллекторэмиттер транзистра, включена последова тельно с токоограничйвающим резистором.

Резистор смеЩения включен между выводами базы и эмиттйра транзистора, а стабилитрон находится в общей цепи резистора смещения и цепи база-эмиттер транзистора. В схеме устройства для поглощения энергии транзистор выполняет функции резистора, сопротивление которого по мере убывания тока в цепи индуктивного элемента растет, обеспечивая оптимальное сопротивление цепи, поглощающей энергию, индуктивного элемента после его отключения от источника тока. В результате без увеличения перенапряжения на индуктивном элементе уменьшается время убывания тока в его цепи после отключения источника электрической энергии, На чертеже приведена схема предлагаемого устройства, На чертеже показаны источник 1 постоянного тока, контакт .2 коммутирующего . элемента (реле, контактора),который коммутирует цепь между источнйком 1 и индуктивным элементом 3, и устройство для поглощения энергии элемента 3 после его отключения от источника 1. Это устройство состоит из диода 4, токоограничивающего резистора 5, транзистора 6, стабилитрона 7, резистора 8 смещения, конденсатора 9, первого 10 и второго 11 выводов для подключения к индуктивному элементу 3, Устройство работает в следующей последовательностии.

После замыкания контакта 2 напряжение источника 1, которое имеет показанную на схеме полярность, прикладывается к индуктивному элементу 3 и протекает ток в цепи этого элемента. Его напряжение имеет полярность, которая показана на схеме и является обратной. по отношению к проводящему направлению диода 4. Поэтому в рассматриваемом режиме напряжение индуктивного элемента 3 прикладывается к диоду 4 и токи в цепях устройства для поглощения энергии не протекают.

После размыкания контакта 2 ток из его цепи переходит в цепь диода 4 и дальше протекает под действием напряжения (ЭДС

-самоиндукции) индуктивного элемента 3.

При этом его напряжение имеет поляртранзистором 6 и рассеивается в виде тепла

50 в окружающую среду. В этом случае резуль.тирующее сопротивление цепи тока индук55 транзистора 6

45 ность, противоположную той, которая показана на схеме.

В первый момент времени после размыкания контакта 2 ток диода 4 протекает только в цепи конденсатора 9. При этом энергия, накопленная в индуктивном элементе 3, запасается в конденсаторе 9, его напряжение растет и имеет полярность, которая показана на схеме. Когда напряжение конденсатора 9 достигает напряжения стабилизации стабилитрона 7 и превысит это напряжение, то в цепи резистора 8 смещения появляется ток, который создает на резисторе 8 паде-. ние напряжения. Это.падение напряжения имеет полярность, которая показана на схеме, и обеспечивает протекание тока в цепи база — эмиттер транзистора 6. При протекании этого тока транзистор 6 отпирается, сопротивление его цепи коллектор-эмиттер уменьшается и в токоограничивающем резисторе 5 появляется ток, Сопротивление цепи коллектор-эмиттер транзистора 6 изменяется от максимальной величины, когда ток в цепи база — эмиттер не протекает, до минимальной величины при наличии тока в этой цепи, В течение интервала времени, когда уменьшается сопротивление транзистора 6, конденсатор 9, поглощая энергию индуктивного элемента 3, ограничивает напряжение на выводах индуктивного элемента 3.

При отпертом транзисторе 6 цепь тока индуктивного элемента 3 образована двумя параллельными ветвями. Одна ветвь образована из стабилитрона 7, резистора 8 и цепи база — эмиттер транзистора 6. Вторая ветвь состоит из,последовательно соединенных резистора 5 и цепи коллекторэмиттер транзистора 6. Ток ветви, в которую включен стабилитрон 7, определяется током цепи база-эмиттер транзистора 6 и поэтому меньше тока ветви, образованной резистором 5 и цепью коллектор-эмиттер транзистора 6. При таком распределении тока индуктивного элемента 3 его энергия поглощается преимущественно резистором 5, тивного элемента 3 не зависит от сопротивления ветви, в которую включен стабилитрон 7, и равно суммарному сопротивлению последовательно соединенных резистора 5 и цепи коллектор — эмиттер

По отношению к цепям, поглощающим энергию индуктивного элемента 3, он является источником (генератором) тока, который плавно уменьшается и не может иметь

1755329 скачкообразныхизменений. Поэтомулюбое до напряжения, равного напряжению стаизменение (уменьшение, увеличение) со- билизации стабилитрона 7, После прекрапротивления цепей, поглощающих энергию . щения этого тока конденсатор 9 элемента 3, вызывает аналогичное измене- разряжается через подключенный паралние (уменьшение, увеличение) напряжения 5 лельно ему резистор (не показан), устройст: на выходах этого элемента (на выходах 10 и во переходит в исходное состояние и готово

11). к поглощению энергии индуктивного элеВ первый момент после появления тока мента 3. в цепи коллектор — змиттер транзистора 6 ее Формула изобретения сопротивление невелико, так как ток эле- 10 Устройстводля поглощения энергии инмента 3 имеет большую величину и в цепи дуктивного элемента, коммутируемого в база — эмиттер транзистора 6 протекает до- электрической цепи постоянного тока, со. статочный для его полного отпирания ток. держащее диод. один из электродов котороПомереуменьшенияэнергии индуктивного го соединен с первым выводом для элемента 3 спадает ток в его цепи, уменьша- 15 подключения индуктивного элемента, а друется ток базы транзистора 6 и увеличивает- гой — с первым выводом токоограничиваю-. ся сопротивление его цепи щего резистора, конденсатор, о тл и ч а юколлектор-эмиттер. Так как при этом сум- щ е е с я тем,.что, с целью повышения марное сопротивление резистора 5 и цепи эффективности поглощения путем снижеколлектор-эмиттер транзистора 6 растет, то 20 ния времени спадания тока без увеличения в течение всего промежутка времени убыва- перенапряжения на индуктивном элеМенте, ния тока в цепи элемента 3 напряжение на в него введены транзистор, стабилитрон и вывсдах10 и 11(на выходах элемента 3) не резистор смещения, причем цепь коллекменяется и равно напряжению стабилиза- тор — эмиттер транзистора включена между ции стабилитрона 7. Последнее объясняет- 25 вторым выводом токоограничивающего реся тем, что напряжение стабилизации зистораивторымвыводомдляподключения стабилитрона 7 больше напряжения рези- индуктивного элемента, резистор смещестора8(напряжения между выводамибазы ния — между выводами базы и эмиттера и змиттера транзистора 6) и при уменьше- транзистора, а стабилитрон — между вывонии тока базы транзистора 6 напряжение 30 дом базы последнего и первым выводом тоего цепи база-эмиттер(резистора 8) изме- коограничивающего резистора, няется незначительно. соединенным через конденсатор с вторым

В момент окончания тока в цепи индук- выводом для подключения индуктивного тивного элемента 3 конденсатор 9 заряжен элемента.