Обмежувач струму при змінній напрузі

1. Ограничитель тока при переменном напряжении, содержащий полупроводниковый элемент, включающий две управляемые полупроводниковые структуры, имеющие каждая источник электронов или дырок - исток, коллектор электронов или дырок - сток и управляющий потоком электронов управляющий электрод - затвор, и имеющие характеристики, аналогичные характеристикам полевого транзистора, причем полупроводниковый элемент включен в цепь тока нагрузки, а две полупроводниковые структуры включены встречно-последовательно путем соединения их выводов источников, отличающийся тем, что для формирования управляющего напряжения, необходимого для управления полупроводниковым элементом, внутри самого полупроводникового элемента из, по крайней мере, части падения напряжения на полупроводниковом элементе, выводы стоков обеих встречно-последовательно включенных полупроводниковых структур через вентиль и резистор соединены с выводами затворов и/или для формирования управляющего напряжения из, по крайней мере, части тока нагрузки, протекающего через полупроводниковый элемент, в цепи нагрузки полупроводникового элемента включен преобразователь тока в напряжение. 2. Ограничитель тока по пункту 1, отличающийся тем, что в качестве преобразователя тока в напряжение содержит трансформатор, ко вторичной обмотке которого подключен дополнительный ограничивающий напряжение в обоих направлениях полярности элемент, в частности, два встречнопоследовательно включенных полупроводниковых стабилитрона, выводы которых через выпрямительную схему соединены с выводами затворов. 3. Ограничитель тока по пункту 1, отличающийся тем, что ко вторичной обмотке трансформатора C2 (54) ОБМЕЖУВАЧ СТРУМУ ПРИ ЗМІННІЙ НАПРУЗІ 37242 12. Ограничитель тока по пункту 11, отличающийся тем, что переключающий контакт непосредственно или косвенно через аккумулятор энергии соединен с магнитной системой. 13. Ограничитель тока по пункту 12, отличающийся тем, что магнитная система имеет по сравнению со вторичной обмоткой относительно низкоомную первичную обмотку и образует, с одной стороны, трансформатор для получения управляющего напряжения из тока нагрузки и, с другой стороны, своей низкоомной первичной обмоткой одновременно образует обмотку возбуждения для соответствующей магнитной системы, якорь которой находится в активном соединении с переключающим контактом. 14. Ограничитель тока по пункту 13, отличающийся тем, что рабочий воздушный зазор в магнитной системе шунтирован дополнительным ярмом, параметры которого соответствуют наступлению магнитного насыщения при токах, меньших, чем желательный ток срабатывания для якоря магнита. ____________________ Изобретение относится к ограничителю тока для ограничения сверхтоков посредством полупроводникового элемента, содержащего, по меньшей мере, одну управляемую полупроводниковую структуру, имеющую характеристики типа полевого транзистора (FET). В устройствах защиты, таких, как силовые выключатели, устройства защиты электродвигателя или устройства защиты линии, в общем, в автоматических выключателях, является желательным быстро регистрировать и ограничивать до возможно малых значений и, наконец, отключать появляющиеся токи перегрузки, в частности, токи короткого замыкания. В случае большей частью механических автоматических выключателях, например, в устройствах защиты линии применяют так называемые быстродействующие размыкатели, при которых оптимально сконструирована как магнитная цепь, так и якорь магнита, часто погружной якорь, контактная система размыкает быстро и мощно. Несмотря на это, на практике еще не удалось достигнуть более коротких времен размыкания контакта, чем примерно одна миллисекунда. При этом ток короткого замыкания беспрепятственно возрастает до размыкания контакта. Только после размыкания контакта возникает электрическая дуга, которая быстро направляется в дуговую камеру и охлаждается на гасящих стальных листах при разделении электрической дуги. За счет высоких при этом напряжений электрической дуги ограничивают и, наконец, отключают ток короткого замыкания. В случае известных автоматических выключателей при возможном токе короткого замыкания 6 кА, cos j = 0,6 и y = 60° достигают едва ли меньших значений времен протекания тока, чем ток переключения в 4000 А, время нарастания до максимального значения в 4 миллисекунды и интеграл квадрата тока по времени в 30.000 А2сек. Между тем уже было предложено использовать для ограничения тока в устройствах защиты полупроводниковые элементы. На практике это осложняется или препятствуется различного вида обстоятельствами: - Полупроводниковые элементы имеют, как правило, недостаточное токоограничительное действие и слишком малое допустимое потребление энергии. - Полупроводниковые элементы имеют, как правило, в нормальном режиме прямое сопротивление выше 10 миллиом при 16 А. - Полупроводниковые элементы имеют, как правило, слишком малую электрическую прочность. В качестве прототипа заявляемого изобретения принят ограничитель тока при переменном напряжении, содержащий полупроводниковый элемент, включающий две управляемые полупроводниковые структуры, имеющие каждая источник электронов или дырок - исток, коллектор электронов или дырок - сток и управляющий потоком электронов управляющий электрод - затвор, имеющие характеристики, аналогичные характеристикам полевого транзистора, причем полупроводниковый элемент включен в цепь тока нагрузки, а две полупроводниковые структуры включены встречно-последовательно путем соединения их выводов источников - истоков (WO 93/11608, МПК6 Н02Н 9/02, 1993 г.). Известный силовой выключатель (WO 93/11608) действует в качестве ограничителя тока для ограничения сверхтоков посредством полупроводникового элемента содержащего, по меньшей мере, одну управляемую полупроводниковую структуру с источником электронов (истоком), коллектором электронов (стоком) и управляющим электронным потоком управляющим электродом (затвором), который имеет характеристики по типу полевого транзистора (FET), причем ток нагрузки протекает через полупроводниковый элемент и причем, при переменном напряжении, встречнопоследовательно включены два полевых транзистора. При этом предусмотрено внешнее управляющее напряжение. Недостатком известного изобретения является его малая эффективность и недостаточное токоограничительное действие при возрастании токов короткого замыкания до недопустимо высоких уровней. В результате этого силовые установки, электродвигатели, линии высоковольтных передач и иные защищаемые объекты часто подвергаются токовым перегрузкам и быстрее изнашиваются. В основу изобретения поставлена задача исключения возникновения критических значений токов короткого замыкания и повышения эффективности использования ограничителя тока при переменном напряжении путем получения необходимого для управления полупроводниковым элементом управляющего напряжения из части тока нагрузки, протекающего через полупроводниковый элемент, либо из части падения напряжения на 2 37242 полупроводниковом элементе, с использованием в первом случае преобразователя тока в напряжение, а во втором случае - схемы управления, подключенной к стоку и затвору полупроводникового элемента, что при применении преобразователя тока в напряжение позволяет направлять ток нагрузки в низкоомную первичную обмотку преобразователя, а во вторичную высокоомную обмотку отводить напряжение для управления, и тем самым ограничить ток короткого замыкания, а при использовании подключенной к стоку и затвору схемы управления обеспечивает формирование напряжения затвора через вентиль и резистор, ограничивая таким образом максимальное значение тока короткого замыкания. Поставленная задача достигается за счет того, что в ограничителе тока при переменном напряжении, содержащем полупроводниковый элемент, включающий две управляемые полупроводниковые структуры, имеющие каждая источник электронов или дырок - исток, коллектор электронов или дырок - сток и управляющий потоком электронов управляющий электрод - затвор, имеющие характеристики, аналогичные характеристикам полевого транзистора, причем полупроводниковый элемент включен в цепь тока нагрузки, а две полупроводниковые структуры включены встречно-последовательно путем соединения их выводов источников - истоков, согласно изобретению, для формирования управляющего напряжения, необходимого для управления полупроводниковым элементом, внутри самого полупроводникового элемента из, по крайней мере, части падения напряжения на полупроводниковом элементе, выводы источников - истоков обеих встречно-последовательно включенных полупроводниковых структур через вентиль и резистор соединены с выводами управляющих элементов - затворов и/или для формирования управляющего напряжения из, по крайней мере, части тока нагрузки, протекающего через полупроводниковый элемент, в цепи нагрузки полупроводникового элемента включен преобразователь тока в напряжение. Ограничитель тока в качестве преобразователя тока в напряжение содержит трансформатор, ко вторичной обмотке которого подключен дополнительный ограничивающий напряжение в обоих направлениях полярности элемент, в частности, два встречно-последовательно включенных полупроводниковых стабилитрона, выводы которых через выпрямительную схему соединены с выводами затворов. Кроме того, ко вторичной обмотке трансформатора подключена выпрямительная схема, точки потенциалов постоянного напряжения которой подключены к выводам затворов полупроводниковых структур и к среднему отводу первичной обмотки, а между точками потенциалов постоянного напряжения включен конденсатор для управляющего напряжения. В качестве преобразователя тока в напряжение ограничитель может содержать трансформатор, ко вторичной обмотке которого подключен мостовой выпрямитель из полупроводниковых стабилитронов, выходы постоянного напряжения которого связаны с затворами. Выпрямительная схема предлагаемого ограничителя тока выполнена в виде умножителя напряжения, преобразователь тока в напряжение выполнен в виде прерывателя с включенным после него умножителем напряжения, а полупроводниковые структуры выполнены из карбида кремния SiC. Между выводами затворов и точкой соединения обоих выводов истоков включен элемент, имеющий характеристику токоограничительного полупроводникового стабилитрона, параметры которого соответствуют значению напряжения затворов полупроводниковых структур, при котором устанавливается желательное ограничение тока перегрузки. Ограничитель тока выполнен с возможностью подключения к выводам затвора полупроводникового элемента внешнего управляющего устройства для дополнительного внешнего управления; его управляющее устройство выполнено с возможностью формирования запирающего полупроводниковый элемент напряжения при получении предусмотренного входного сигнала. Последовательно с полупроводниковым элементом включен, по меньшей мере, один механический переключающий контакт, который непосредственно или косвенно через аккумулятор энергии соединен с магнитной системой, причем магнитная система имеет по сравнению со вторичной обмоткой относительно низкоомную первичную обмотку и образует, с одной стороны, трансформатор для получения управляющего напряжения из тока нагрузки и, с другой стороны, своей низкоомной первичной обмоткой одновременно образует обмотку возбуждения для соответствующей магнитной системы, якорь которой находится в активном соединении с переключающим контактом, причем рабочий воздушный зазор в магнитной системе шунтирован дополнительным ярмом, параметры которого соответствуют наступлению магнитного насыщения при токах, меньших, чем желательный ток срабатывания для якоря магнита. Т.о. в заявляемом изобретении необходимое для управления полупроводникового элемента управляющее напряжение получают из, по меньшей мере, части тока нагрузки, который протекает через полупроводниковый элемент. Управляющее напряжение может быть также получено из, по меньшей мере, части падения напряжения на полупроводниковом элементе. Можно получать управляющее напряжение путем применения обоих решений комбинированно. Средством для управления из падения напряжения может согласно изобретению быть схема управления, подключенная к стоку и затвору полупроводника. В качестве средства для управления из тока нагрузки пригодным является расположенный в цепи тока нагрузки преобразователь тока в напряжение. Схема управления при постоянном напряжении в простейшем случае может быть выполнена в виде резистора, подключенного между выводом стока и выводом затвора полевого транзистора (FET). Схема управления при переменном напряжении в простейшем случае может быть вы 3 37242 полнена так, что выводы стока обоих встречнопоследовательно включенных полевых транзисторов (FET) через соответственно электронный вентиль и резистор соединены с выводами затвора. Подобная схема является пригодной в соединении с полевыми транзисторами, работающими в режиме обогащения, то есть с самозапирающимися полевыми транзисторами, которые имеют n-канал, в качестве пусковой схемы, которая позволяет ограничителю тока выйти в рабочее состояние. Подобная пусковая схема не нужна, если используют самопроводящие полевые транзисторы с n-каналом, то есть полевые транзисторы, работающие в режиме обеднения и, в частности, пригодными являются МОП-транзисторы, работающие в режиме обеднения. В качестве схемы управления при постоянном напряжении годится также стабилизированный источник тока, который подключен между выводом стока и выводом затвора. Схема управления при переменном напряжении может быть предпочтительно выполнена так, что выводы стока обоих встречно-последовательно включенных полевых транзисторов (FET) через соответственно электронный вентиль и стабилизированный источник тока соединены с выводами затвора. В качестве преобразователя тока в напряжение для управления из тока нагрузки особенно пригодным является трансформатор, ко вторичной обмотке которого подключен ограничивающий напряжение в обоих направлениях полярности элемент, в частности, два встречно-последовательно включенных полупроводниковых стабилитрона (диода Зенера), выводы которых через выпрямительную схему соединены с выводами затвора. В качестве встречно-последовательно включенных полупроводниковых стабилитронов здесь объединены все элементы, которые имеют действие ограничивающих напряжение полупроводниковых стабилитронов. При переменном напряжении тогда характеристики в первом и третьем квадранте диаграммы, в которой по оси ординат отложен ток сток-исток, а по оси абсцисс - напряжение сток-исток, ограничиваются на желаемом значении тока сток-исток. Использование трансформатора между двумя встречно-последовательно включенными полевыми транзисторами в качестве индуктивности для ограничения тока короткого замыкания является предметом другой собственной европейской патентной заявки с более старшим приоритетом. (Номер заявки 92 116 358.0, фигура 4, фигура 7 в описании этой заявки). При этом трансформатор одновременно служит для подведения прилагаемого внешнего управляющего напряжения. В случае ограничителя тока с трансформатором в выполнении в виде преобразователя тока в напряжение, управляющее напряжение получают из тока нагрузки, то есть внутренне. Далее достигается преимущество, что ток нагрузки может быть подведен к низкоомной первичной обмотке с небольшим числом витков, а вторичная сторона может быть выполнена высокоомной с большим числом витков, чтобы из тока нагрузки отвести напряжение для управления. За счет ограничивающего напряжение элемента при этом обеспечивается то, что ток исток-сток на кривой с соответствующим параметром напряжения затвор-исток ограничивается с малыми потерями. Предпочтительным является подключать к трансформатору на вторичной обмотке выпрямительную схему и конденсатор между точками потенциала постоянного напряжения для управляющего напряжения. Конденсатор может быть образован, в частности, емкостью затвор-исток полевого транзистора, если она имеет достаточную величину. Наконец, преобразователь тока в напряжение может быть прерывателем с включенным после него умножителем напряжения, за счет чего можно получать управляющее напряжение из тока нагрузки без трансформатора. Соответствующие изобретению решения и их преимущества могут быть еще дальше усилены, если полевые транзисторы изготовлены из карбида кремния SiC. При этом известные преимущества полевого транзистора из карбида кремния и ограничителя тока взаимно дополняются. Дополнительно к внутреннему получению управляющего напряжения также возможно на полупроводниковом элементе предусматривать устройство управления для дополнительного внешнего управления. Тогда извне можно прикладывать управляющие напряжения коррекции. Возможным является также путем управления извне при получении предусмотренного входного сигнала генерировать напряжение, запирающее полупроводниковый элемент. Подобный ограничитель, тока действует тогда в качестве выключателя. Подобный ограничитель тока может быть выполнен в общем на полупроводниках, которые имеют представленные особые свойства. Ограничитель тока может выполняться в виде интегральной схемы на одном кристалле, с дискретными конструктивными элементами или в смешанной конструкции. Для определенных случаев применения может быть предпочтительным включение последовательно с полупроводниковым элементом, по меньшей мере, одного механического переключающего контакта. Тогда достаточным является сравнительно простой переключающий контакт без особого средства гашения, так как рост тока ограничивается ограничителем тока. С другой стороны переключающий контакт, если он был открыт, защищает ограничитель тока относительно долговременной перегрузки. Это взаимодействие позволяет получать выгодные конструкции. Устройство защиты в выполнении в виде автоматического выключателя с двумя встречнопоследовательно включенными полевыми транзисторами и механическим переключающим контактом является само по себе известным (РСТ/ЕР 92/02678). В этом более старом, выполненном в виде силового выключателя устройстве защиты, блок из реле и переключающих контактов включен параллельно к двум встречно-последовательно соединенным полевым транзисторам. Переключающие контакты и там расположены относительно соединения полевых транзисторов последовательно. Внутреннее сопротивление полупроводникового элемента, однако, имеет низкое значение при определенном управляющем напряжении, а при увеличении напряжения на рабочих электродах внутреннее сопротивление скачкообразно на 4 37242 растает, так что расцепляющий элемент реле запитывается напряжением и может инициировать процесс отключения. Принцип действия ограничителя тока с расположенным последовательно механическим переключающим контактом принципиально отличается от этого. Переключающий контакт может непосредственно или косвенно через аккумулятор энергии находится в соединении взаимодействия с магнитной системой, которая открывает переключающий контакт в зависимости от ограничителя тока. Магнитная система содержит относительно низкоомную по сравнению со вторичной обмоткой первичную обмотку и образует, с одной стороны, трансформатор для получения управляющего напряжения из тока нагрузки. С другой стороны, магнитная система со своей низкоомной первичной обмоткой одновременно образует обмотку возбуждения для той же магнитной системы, якорь которой находится в активном соединении с переключающим контактом. При этом достигается многократное использование конструктивных элементов в комбинированном устройстве. В частности, рабочий воздушный зазор может быть шунтирован дополнительным ярмом, так что возникает хорошо замкнутая магнитная цепь для преобразователя тока в напряжение, и которое имеет такие параметры, что оно переходит в магнитное насыщение уже при сравнительно малых токах. С другой стороны, как функция якоря, так и магнитной цепи для преобразователя тока в напряжение, на практике не подвергаются отрицательному воздействию. Таким образом, рабочий воздушный зазор шунтирован дополнительным ярмом, параметры которого выбраны так, что оно переходит в магнитное насыщение уже при токах, меньших, чем желательный ток срабатывания для якоря магнита. Полупроводниковый элемент может быть использован в общем в автоматическом переключателе, например, силовом выключателе, защитном выключателе линии или в устройстве защиты электродвигателя или других защитных устройствах в качестве токоограничительного элемента с функцией так называемого ограничителя (Limiter). Понятно, что полупроводниковый элемент и механический переключающий контакт могут быть соответственно частью пространственно отдельных переключающих устройств. Изобретение поясняется ниже более подробно с помощью схематично представленных на чертеже примеров выполнения. Фигура 1 первый упрощенный пример выполнения для ограничителя тока, причем управляющее напряжение получают из падения напряжения на полупроводниковом элементе. Фигура 2 поясняет ограничитель тока, управляющее напряжение в котором получают из тока нагрузки. Фигура 3 представляет собой ограничитель тока, управляющее напряжение в котором получают из падения напряжения на полупроводниковом элементе. Фигура 4 поясняет ограничитель тока, управляющее напряжение в котором получают из тока нагрузки и из падения напряжения на полупроводниковом элементе. Фигура 5 показывает двойное дальнейшее усовершенствование ограничителя тока. Преобразователем тока в напряжение, включенным между двумя встречно-последовательно соединенными полевыми транзисторами, управляющее напряжение формируется из тока нагрузки особенно выгодным образом. Кроме того, последовательно с ограничителем тока включен переключающий контакт. Фигура 6 представляет ограничитель тока с переключающим контактом, при котором на вторичной стороне преобразователя тока в напряжение в мостовой схеме расположены встречнопоследовательно включенные полупроводниковые стабилитроны в качестве ограничивающих напряжение элементов. Между точками потенциала постоянного напряжения для управляющего напряжения на вторичной стороне включен конденсатор. Ограничивающий напряжение элемент на первичной стороне при этом оказывается не нужным. Фигура 7 схематически поясняет использование схемы умножителя напряжения для ограничителя тока согласно фигуре 6. Фигура 8 передает для управления из тока нагрузки другой пример выполнения ограничителя тока, согласно которому преобразователь тока в напряжение выполнен в виде прерывателя с включенным после него умножителем напряжения. Фигура 9 поясняет на основе принципа представления согласно фигуре 5 принцип подготовки управляющего напряжения из тока нагрузки. Фигура 10 поясняет, ориентируясь на принцип представления согласно фигуре 5, другой основной принцип, согласно которому формирование управляющего напряжения при использовании преобразователя тока в напряжение разделена на формирование вспомогательного напряжения на вторичной стороне и формирование напряжения для затворов. Фигура 11 представляет на основе принципа представления согласно фигуре 10, как можно производить дополнительное внешнее управление. Фигура 12 передает альтернативное выполнение для элемента команды для дополнительного внешнего управления согласно фигуре 11. Фигура 13 показывает пример выполнения для дальнейшего усовершенствования ограничителя тока, согласно которому трансформатор выполнен комбинированно в качестве преобразователя тока в напряжение с магнитной системой для приведения в действие переключающего контакта. Фигура 14 представляет сверху детализованное схематическое обозначение самозапирающегося полевого транзистора в выполнении с n-каналом и снизу - соответственно упрощенное обозначение, используемое в данной заявке. Фигура 15 представляет диаграмму, с помощью которой должен поясняться принцип работы ограничителя тока. Фигура 16 представляет магнитную систему для ограничителя тока, рабочий воздушный зазор которой шунтирован дополнительным ярмом, параметры которого выбраны так, что оно переходит в магнитное насыщение уже при токах, меньших, чем желательный ток срабатывания для якоря магнита. 5 37242 Полупроводниковый элемент 1 согласно фигуре 1 работает в примере выполнения с полупроводниковыми структурами - полевыми транзисторами 2, называемыми далее FET. В примере выполнения полевые транзисторы 2 в соответствии с верхним представлением на фигуре 14 могут пониматься, как таковые, работающие в режиме обогащения (Enhancement), которые являются самозапирающимися и, например, имеют n-канал. В нижнем представлении согласно фигуре 14 воспроизведено использованное здесь упрощенное обозначение. На фигуре 1 представлен ограничитель тока для переменного напряжения, который работает при двух подлежащих включению полярностях с двумя встречно-последовательно включенными полевыми транзисторами 2. Для управления полупроводниковым элементом или, соответственно, полевыми транзисторами, необходимое управляющее напряжение получают из падения напряжения таким образом, что к полевому транзистору, соответственно, к его выводу стока 3 подключена последовательная схема из электронного вентиля 4, например, диода, и резистора 5, которая, с другой стороны, соединена с выводом управляющего электрода - затвора 6 полевого транзистора 2. При переменном напряжении и двух встречно-последовательно включенных полевых транзисторах к выводам стока 3, таким образом, соответственно, через электронный вентиль 4 и резистор 5 создано соединение к выводам управляющего электрода - затвора 6. Выводы истока 7 полевых транзисторов 2 соединены друг с другом. Если надо включать только один потенциал, то достаточным является, ориентируясь согласно фигуре 1, верхний или нижний полевой транзистор 2 с приданным электронным вентилем 4 и резистором 5. Вывод истока 7 может тогда быть выведен на землю. В примере выполнения согласно фигуре 1 при двух встречно-последовательно включенных полевых транзисторах 2 в качестве ограничивающего напряжение элемента 8 между выводами управляющего электрода - затвора 6 и точкой 9 соединения выводов 7 истока встречно-последовательно соединенных полевых транзисторов 2 включен полупроводниковый стабилитрон. Через точку соединения 9 протекает ток нагрузки. Напряжение затвора встречно-последовательно соединенных полевых транзисторов 2 формируется таким образом электронными вентилями 4 и резистором 5. С помощью ограничивающего напряжение элемента 8 напряжение затвора и тем самым также максимальный текущий ток короткого замыкания ограничивается. На фигуре 2 поясняется, как получают управляющее напряжение Us в качестве функции тока нагрузки I, Us = f(I). На фигуре 3 показано, что управляющее напряжение Us может быть получено как функция падения напряжения и на полупроводниковом элементе Us = f(U). На фигуре 4 показано, как управляющее напряжение Us может быть получено, как функция тока нагрузки и как функция падения напряжения на полупроводниковом элементе: При дальнейшем развитии согласно фигуре 5 последовательно с ограничителем тока включен механический переключающий контакт 10. Ограничитель тока работает с двумя встречно-последовательно соединенными полевыми транзисторами, которые через преобразователь 11 тока в напряжение через его первичную обмотку 12 соединены друг с другом своими выводами истока. Существенным при этом далее является то, что к преобразователю 11 тока в напряжение на его вторичной стороне, или соответственно, к его вторичной обмотке 13 подключен ограничивающий напряжение в обоих направлениях полярности элемент 14, в частности, два встречно-последовательно включенных полупроводниковых стабилитрона 15. Подключенные на вторичной стороне полупроводниковые стабилитроны 15 ограничивают напряжение на вторичной стороне, в результате чего на первичной стороне вследствие коэффициента трансформации преобразователя 11 тока в напряжение появляется только падение напряжения в несколько десятков милливольт. На первичной стороне ограничивается текущий также через полевые транзисторы 2 ток нагрузки путем ограничения напряжения с малыми потерями на вторичной стороне за счет преобразователя тока в напряжение. Это действие стоит во взаимодействии с обусловленным полупроводниковой техникой ограничением за счет особого управления полевыми транзисторами 2. С другой стороны, коэффициент трансформации преобразователя 11 тока в напряжение позволяет подводить на первичной стороне в качестве напряжения затвористок сравнительно высокое напряжение, за счет чего уменьшается сопротивление во включенном состоянии (ON). RON получают при высоких напряжениях затвор-исток. Действие этого более подробно поясняется позднее с помощью фигуры 15. В случае примера выполнения согласно фигуре 5 к преобразователю 11 тока в напряжение на его вторичной стороне далее подключена выпрямительная схема 16, которая соединена, во первых, с выводом затвора 6 полевых транзисторов 2 и, во-вторых, через средний отвод 17 с первичной обмоткой 12. В примере выполнения конденсатор 18 выполняет в качестве накопительного конденсатора двойную функцию: во-первых, он разделяет точки 19 потенциала постоянного напряжения для управляющего напряжения, а, во-вторых, он обеспечивает, что в поле вольт-амперных характеристик полупроводникового элемента 1 со встречно-последовательно включенными полевыми транзисторами 2 не является необходимым выходить к ON-сопротивлению между обусловленными параметрами характеристиками для напряжения затвор-исток в первом и третьем квадранте, а что также при переменном напряжении можно работать на ОN-сопротивлении между первым и третьим квадрантом. Это должно еще поясняться на основе фигуры 15. В этой второй функции конденсатор 18 служит в примере выполнения согласно фигуре 6. Там точки 19 потенциала постоянного напряжения выпрямительной схемы 16 имеются в распоряжении также без конденсатора 18. При ограничителе тока согласно фигуре 5 преобразователь 11 тока в напряжение замкнут не как обычно резистором, а полупроводниковыми Us = f(l) и Us = f(U). 6 37242 стабилитронами ограничивающего напряжение элемента 14. Путем отвода от точек 19 потенциала постоянного напряжения на первичную сторону преобразователя подается вспомогательное напряжение затвора, которое дополняет или соответственно заменяет получение вспомогательного напряжения на первичной стороне, как это пояснено относительно фигуры 1. На вторичной стороне преобразователя 11 тока в напряжение, например, при зенеровском напряжении порядка 9,1 Вольт и прямом напряжении порядка 0,9 Вольт на полупроводниковых стабилитронах 15 в одном направлении напряжение достигает в сумме величины порядка 10 Вольт. Таким образом, если в первичной обмотке 12 протекает достаточно большой ток, чтобы преодолеть индуктивное сопротивление, то на первичной стороне вследствие 10 Вольт на вторичной стороне устанавливается напряжение в соответствии с коэффициентом трансформации преобразователя 11 тока в напряжение. Например, при коэффициенте трансформации 1:1000 на первичной обмотке 12 появляется напряжение только в 10 мВ. Схема согласно фигуре 5 работает следующим образом: Когда на присоединительных клеммах 20 и 21 автоматического переключателя приложено напряжение, например, вследствие включенного потребителя, через электронные вентили 4, или соответственно диоды, течет ток в зависимости от полярности переменного напряжения, и вследствие падения напряжения на резисторе 5 относительно положительного напряжения на клемме 20 на выводах затворов 6 лежит уменьшенный положительный потенциал, так что к полевым транзисторам 2 приложено открывающее напряжение затвор-исток и участок сток-исток приводится во включенное (ON) состояние. Ток, текущий через первичную обмотку 12 преобразователя 11 тока в напряжение, создает на высокоомной вторичной обмотке напряжение, которое при достижении зенеровского напряжения верхнего или нижнего полупроводникового стабилитрона 15 ограничивается до зенеровского напряжения плюс прямое падение напряжения другого полупроводникового стабилитрона, а именно в обоих соответствующих переменному напряжению направлениях прохождения тока. На вторичной обмотке 13 при этом возникает приблизительно прямоугольное переменное напряжение, которое через диоды 22 для выпрямления в схеме двухполупериодного выпрямителя создает на конденсаторе 18 постоянное напряжение с величиной зенеровского напряжения каждого из полупроводниковых стабилитронов 15. Это постоянное напряжение подводят к обоим участкам затвор-исток полевых транзисторов 2, в результате чего они удерживаются во включенном (ON) состоянии без необходимости падения напряжения на резисторе 5. Другими словами: через резистор 5 тогда больше не течет никакой ток. В примере выполнения согласно фигуре 6 в качестве ограничивающего напряжение элемента 14 выполнена мостовая схема из четырех полупроводниковых стабилитронов 15. При этой схеме ограничивающий напряжение элемент 8 на первичной стороне преобразователя 11 тока в напря жение становится не нужным. Последовательно снова включен переключательный контакт 23. Амплитуды переменного напряжения во вторичной обмотке 13 преобразователя 11 тока в напряжение могут поддерживаться меньшими, если после ограничивающего напряжение элемента 14 включена схема умножителя напряжения 24, как это показано на фигуре 7. Для формирования управляющего напряжения из тока нагрузки преобразователь 11 тока в напряжение согласно фигуре 8 может быть выполнен в виде прерывателя 25 с включенной после него схемой умножителя напряжения 24. К прерывателю 25 приложено появляющееся на резисторе 26 при токе нагрузки напряжение. Для ограничения падения напряжения и минимизации мощности потерь является выгодным предусматривать ограничивающее напряжение средство 27. В примере выполнения им могут быть два встречно-параллельно включенных диода, которые ограничивают падение напряжения на резисторе 26 до прямого падения напряжения на диодах. На фигуре 9 схематически передано получение управляющего напряжения между выводами затвора 6 и выводами истока 7 полевых транзисторов 2. Получение управляющего напряжения может быть разделено на получение управляющего напряжения в случае пуска и получение вспомогательного напряжения, как это детально пояснено, в частности, на основе фигуры 5. На фигуре 10 схематически пояснена конструкция ограничителя тока с узлом 28 формирования управляющего напряжения и узлом 29 вспомогательного напряжения. Узел формирования управляющего напряжением 28 может быть выполнен в виде пусковой схемы, а формирование управляющего напряжения в рабочем режиме берет на себя узел вспомогательного напряжения 29. Чтобы можно было дополнительно управлять полупроводниковым элементом извне, можно предусматривать внешнее управляющее устройство 30 согласно фигуре 11. Если контакты 31 приведения в действие замкнуты, напряжение затвор-исток коротко замыкается так, что самозапирающийся полевой транзистор переходит в закрытое состояние. Внешнее управляющее устройство 30 может также работать с полупроводниковыми ключами 32 согласно фигуре 12. На фигуре 13 показано, во-первых, предпочтительное выполнение устройства согласно фигуре 10, причем узел формирования вспомогательного напряжения выполнен в виде умножителя напряжения и, во-вторых, представлено дальнейшее усовершенствование, согласно которому низкоомная первичная обмотка стоит в активном соединении с якорем 33, который должен приводиться в соединение сцепления с переключающим контактом 23. Подобное выполнение является особенно экономичным с точки зрения расходов, так как преобразователь 11 тока в напряжение и магнитная система 34, которая через якорь 33 открывает переключающий контакт, конструктивно и функционально объединены. Дополнительно может быть предусмотрен аккумулятор 35 энергии по типу замка включения. На низкоом 7 37242 ную, приводящую в действие якорь первичную обмотку12 при этом может быть нанесена высокоомная обмотка с большим числом витков в качестве вторичной обмотки 13. При этом небольшое дополнительное ярмо 36 (сравни фигуру 16) может замыкать магнитную цепь для функционирования преобразователя 11 тока в напряжение. Это дополнительное ярмо предпочтительно имеет такие параметры, что оно уже при сравнительно малых токах переходит в насыщение, так что на работу воздействующего на переключающий контакт 23 якоря 33 практически не оказывается влияния. Низкоомная первичная обмотка 12 может состоять из нескольких витков, например, от двух до четырех витков, и выгодный диапазон напряжения для подготовки вспомогательного напряжения может быть поднят на первичной стороне до желательного значения напряжения с помощью умножителя напряжения. Умножитель напряжения состоит из следующих элементов: конденсаторы 37 и 18, причем конденсаторы 18 дают в распоряжение также постоянное напряжение для управления полевых транзисторов 2, а также диодов 38, которые в представленной схеме одновременно обеспечивают выпрямление. Узел 28 формирования управляющего напряжения согласно фигуре 13 показывает возможность получения возвратно-падающей ("Fall-Back") характеристики. Существенными компонентами для этого являются транзистор 39 и резисторы 40. Эта часть схемы работает следующим образом: Если вследствие повышенного тока, который, например, появляется при коротком замыкании, вступает в действие токоограничительное действие полевых транзисторов 2, напряжение на клеммах 20 и 21 возрастает. Это напряжение появляется на мостовом выпрямителе, который образован диодами электронных вентилей 4 и объемными диодами, обозначаемыми также как инверсные диоды, полевых транзисторов 2. Под объемными диодами, как известно, понимают каждый граничный слой, в частности, присущее МОП-транзистору внутреннее диодное действие рn-перехода от истока к стоку. Приложенное к указанному мостовому выпрямителю напряжение приложено также к последовательной схеме резисторов 41 и 42, за счет чего на резисторе 43 появляется падение напряжения, которое управляет переводом транзистора 39 в проводящее состояние. За счет величины сопротивления 43 может включаться напряжение затвор-исток, которое при возрастающем напряжении на клеммах 20 и 21 становится все меньше и тем самым уменьшает ток нагрузки через полевые транзисторы 2. Воспроизведенный пример выполнения показывает только одну возможность создания возвратно-падающей ("Fall-Back"-) характеристики согласно соответствующим изобретению принципам. Как известно, операционным усилителем можно создать любую желаемую характеристику. На фигуре 14 в верхнем представлении передано полное схематическое обозначение полевого транзистора, а в нижнем представлении упрощенное обозначение, которое применяется в настоящем описании. Нанесены обычные сокращения для стока, затвора и истока, а также положительное направление тока сток-исток. Предс тавление согласно фигуре 14 показывает полевой транзистор, работающий в режиме обогащения, то есть самозапирающийся полевой транзистор с nканалом. В частности, вид представления согласно фигуре 14 следует понимать как полевой МОПтранзистор. Разумеется, что представленные схемы согласно фигурам 1-13 могут быть реализованы также другими соответствующими конструктивными элементами, в частности, другими полевыми транзисторами. Так, при применении р-канальных полевых транзисторов нужно предпринять только обычную смену полярности. Существенным является, чтобы могли быть реализованы характеристики, как они представлены на фигуре 15, чтобы таким образом для постоянного напряжения независимо от напряжения мог устанавливаться максимальный ток и чтобы для переменного напряжения имели место подобные условия в двух диагонально противолежащих квадрантах. Воспроизведенные здесь в качестве примера с помощью определенных полевых транзисторов схемы должны рассматриваться в этом общем смысле. С помощью фигуры 15 должны поясняться принципы действия при ограничителе тока: Фигура 15 передает диаграмму, причем по оси ординат отложен ток сток-исток lDS, a по оси абсцисс - напряжение сток-исток UDS. Полевой транзистор изображенного здесь вида, как он пояснен относительно фигуры 14, имеет с самого начала характеристику 44, которая при отрицательном напряжении исток-сток переходит в характеристику 45 объемного диода. Параметром горизонтальных характеристик является напряжение затвор-исток; они иллюстрируют ограничение тока сток-исток при соответствующем включении. При высоких напряжениях затвор-исток достигается крутое сопротивление RON. При встречно-последовательном включении полевых транзисторов в случае переменного напряжения достигается симметричный режим работы между первым и третьим квадрантом, причем характеристика 45 объемного диода больше не проявляется. Для изображенной схемы включения с преобразователем тока в напряжение имеется начальный участок характеристики, изображенный кривой 46, которая переходит в прямую для физически заданного сопротивления открытого полевого транзистора. Появления такого начального участка характеристики для каждого направления полярности переменного напряжения можно избежать во встречно-последовательном включении полевых транзисторов, если конденсатор 18 применен описанным образом в качестве накопительного конденсатора. Токоограничительное действие встречно-последовательно включенных полевых транзисторов проявляется тогда между выбранной горизонтальной характеристикой с соответствующим напряжением затвор-исток в качестве параметра в первом и третьем квадранте в сочетании с переходом характеристики 47 для ОN-сопротивления. При этом площадь между характеристикой 44 и лежащей в первом квадранте слева выбранной характеристикой действует как экономия мощности, как можно наглядно видеть из произве 8 37242 дения тока сток-исток и напряжения сток-исток. Возможности изображенных принципов усиливаются значительным образом путем использования полевых транзисторов из карбида кремния. Полупроводниковый элемент 1, включенный последовательно с переключающим устройством, может быть реализован в различных видах выполнения: полностью или частично в виде интегральной схемы. Ограничитель тока может также находить многочисленные применения и без переключающего устройства. На фигуре 16 поясняется магнитная система 34 с первичной обмоткой 12 и вторичной обмоткой 13, которая содержит дополнительное ярмо 36 и якорь 33. Подобная магнитная система является предпочтительной для конструктивной комбинации ограничителя тока с переключающим устройством, что уже пояснялось. Фиг. 1 Фиг. 2 9 37242 Фиг. 3 Фиг. 4 Фиг. 5 10 37242 Фиг. 6 Фиг. 7 11 37242 Фиг. 8 Фиг. 9 Фиг. 10 12 37242 Фиг. 11 Фиг. 12 Фиг. 13 13 37242 Фиг. 14 Фиг. 15 Фиг. 16 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 14