Быстродействующее коммутационное устройство

Быстродействующее коммутационное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

и,7 3 I 58 8

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.11.77 (21) 2545080/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень № 16 (45) Дата опубликования описания 30.04.80 (51) М. Кл е

Н ОЗК 17/56

Н 01Н 9/30

Государственный комитет (53) УДК 621.3.064.4 (088.8) по делам изобретений и открытий ганг:1 ",.|) V à9

Г. В. могилевский и й. В. лифа 1 глг". i ййй I

i 1 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель г <.:,лг ЯТ.;,, (54) БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЕ КОММУТАЦИОННОЕ

УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам и может применяться в быстродействующих переключателях питания и выключателях переменного и постоянного тока.

Известно быстродействующее коммутационное устройство на тиристорах для сетей переменного тока, содержащее управляемый контакт: для переменного тока — два встречно-параллельно включенные тиристора, для постоянного тока — тиристор (1).

Для обеспечения высокого быстродействия при отключении в обоих устройствах применяется узел принудительной коммутации, состоящий из последовательно включенных коммутирующего тиристора и конденсатора, включенный параллельно каждому тирпстору. В данных устройствах высокое быстродействие при включении обеспечивается малым временем включения тиристора, а при отключении — наличием узла принудительной коммутации.

Основными недостатками быстродействующих коммутационных устройств на тиристорах являются значительные потери мощности во включенном состоянии тиристора, а следовательно, значительные габариты и высокая стоимость, что усугубляется при использовании коммутационных устройств на тиристорах в цепях с большими номинальными токами (250 — 630 А) .

Известны также коммутационные устройства гибридного исполнения, содержащие главные контакты и бесконтактный управляемый элемент, подключенный параллельно главным контактам (2). В таких устройствах во включенном состоянии ток протекает через замкнутые контакты, а бесконтактный ключ, в качестве которого используются тиристоры или симистор, шунтпрует

10 контакт на время размыкания.

Недостатком устройства является значительное время выключения, определяемое временем отключения главных контактов и временем естественной коммутации тиристо15 ров.

Из известных коммутационных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее силовые контакты, быстродейст20 вующий привод принудительного размыкания контактов, управляющая обмотка которого соединена с блоком формирования отключающего импульса, в качестве которого использован предварительно заряженный

25 конденсатор и электронный ключ с блоком управления .(3).

При отключении выключателя блок управления вырабатывает синхронный импульс для включения электронного ключа

30 блока питания с некоторым упреждением по отношению к переходу тока в контактях

731588

3 через нуль. Конденсатор разряжается на обмотку индукционно-динамического привода, что приводит к размыканшо контакта.

Возникающая прп движении контакта дуга гасится при помощи дутья сжатым воздухом. Наличие быстродействующего привода и синхронное его включение обеспечивает нормальную работу данного выключателя в цепях переменного тока. Однако при этом увеличивается время отключения на поло- 0 вину периода частоты сети. При отключении данного выключателя в произвольный момент времени в сетях переменного тока, а также при использовании его в сетях постоянного тока необходимо иметь интенсив- 1 ные дугогасительные устройства. Наличие дуги способствует износу контактов и затягивает время отключения, определяемое временем горения дуги. Кроме того, данный выключатель имеет сравнительно большое 20 время включения, определяемое скоростью срабатывания механизма включения контактов. Все это снижает надежность аппарата и ограничивает его функциональные возможности. 2»

Цель изобретения — повысить быстродействие и расширить функциональные возможности коммутационного устройства.

Это достигается тем, что быстродействующее коммутирующее устройство, содержа- 30 щее силовые контакты, быстродействующий привод принудительного размыкания контактов, управляющая обмотка которого соединена с блоком формирования отключающего импульса, включающим предваритель- 3» но заряженный конденсатор и электронный ключ с блоком управления снабжено полупроводниковым элементом, подключенным параллельно цепи, состоящей из управляющей обмотки и блока формирования отклю- 40 чающего импульса, а также параллельно силовым контактам; в качестве полупроводникового элемента могут быть применены диод, тиристор, встречно-параллельно включенные тиристоры или симисторы. Наличие 43 полупроводникового элемента обеспечивает бездуговое размыкание контактов в любой момент времени отключения устройства и сокращает до минимума его время включения и отключения, что повышает его быст- 0 родействие и расширяет функциональные возможности.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого быстродействующего коммутационного устройства; на фпг. 2 — 5 5» схемы, используемые в выключателях и переключателях постоянного и переменного тока; на фиг. 6 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Быстродействующее коммутационное уст- 60 ройство содержит силовые контакты 1, быстродействующий привод принудительного размыкания контактов с управляющей оомоткой 2, блок питания 3, содержащий предварительно заряженный конденсатор и 05 электронный ключ со схемой управления, полупроводниковый элемент 4, подключенный параллельно контактам и цепи, состоящей из блока питания и обмотки.

На фпг. 2 представлена схема силовой части бесконтактного выключателя постоянного тока, где в качестве быстродействующего привода применен индукционно-динамический механизм с обмоткой, в качестве полупроводникового элемента использован диод 5, а блок питания представляет собой предварительно заряженный конденсатор 6, включенный последовательно с управляемым ключом — тиристором 7.

На фпг. 6 для случая отключения выключателя (см. фиг. 2) постоянного тока приведены временные диаграммы:

i< f(t) †т через контакт 1;

L2 ††/(1) — ток через обмотку 2 индукционно-динамического привода;

/=f(t) — расстояние между контактами в процессе отключения;

U> — — f(t) — напряжение на контактах.

При отключении выключателя t=t< включается тиристор 7 и блок, протекающий через контакты 1, перетекает в цепь обмотки 2. В момент 1, когда ток 2 в катушке достигает величины тока нагрузки I, i< — О.

При t)4 ток через контакты меняет направление. В момент времени t=t> ток в обмотке 2 достигает величины тока трогания и контакты 1 начинают размыкаться.

В процессе размыкания контактов возникает незначительная дуга. Когда напряжение U< на контактах превышает напряжение Уд отпирания диода 5, ток перетекает в диод.

Так как напряжение на размыкающихся контактах не превышает напряжения U, дуга гаснет и дальнейшее размыкание происходит без дуги. При t=t„диод закрывается, возрастает наряжение на контактах, однако пробоя промежутка между контактами не происходит, так как они разошлись на значительное расстояние х=х1.

В отключенном состоянии контакты удерживаются защелкой или другим механизмом.

На фиг. 3 приведена схема силовой части выключателя переменного тока. Отличительной особенностью данной схемы является то, что в качестве управляемого ключа в блоке 3 питания применен симнстор 8, а в качестве полупроводникового узла использован тиристор 9. При отключении выключателя импульсы управления одновременно подаются на тпрпстор 9 и спмистор 8. Если полярность напряжения сети соответствует указанной на фиг. 3 без скобок, то работа схемы и процессы, происходящие в ней на первом этапе коммутации, аналогичны рассмотренным. В процессе размыкання контактов конденсатор 6 перезаряжается до напряжения с полярностью, указанной на фиг. 3 в скобках. Наличие спмнстора 8 в схеме на фпг. 3, в отличие от схемы на

731588 фиг. 2, позволяет осуществить повторный перезаряд конденсатор 6, что, в свою очередь, обеспечивает запирание тиристора 9 при отключении выключателя в момент, когда полярность напряжения сети питания соответствует указанной на фиг. 3 в скобках.

На фиг. 4 приведена схема быстродействующего коммутационного устройства, используемого в переключателях питания по- 1О стоянного тока. В отличие от схемы на фиг. 2 полупроводниковый элемент выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных тиристоров 10 и 11, а блок питания представляет собой предварительно заряженный конденсатор 6 и электронный ключ, выполненный на тиристорах 12 — 15 и диоде

16. Тиристор 12 обеспечивает быстрое включение коммутационного устройства, что важно при использовании его в переключа- 20 телях. Тиристор 10 выполняет функции, аналогичные диоду 5 в схеме на фиг. 2. Применение тпристора, а не диода объясняется особенностью работы переключателя. При переключении нагрузки на резервную сеть 25 тиристор должен быть закрыт. Применение ключа, выполненного на тиристорах 12 — 15 и диоде 16, позволяет осуществить заряд и подзаряд конденсатора в процессе работы непосредственно от силовой сети. В этом 30 случае клемма U> подключается ко второму полюсу сети, а заряд и подзаряд конденсатора в процессе работы обеспечивается путем включения тиристоров 12, 15 или 13, 14.

На фиг. 5 приведена схема одной фазы 35 переключателя питания переменного тока.

Переключение нагрузки 17 с основной сети (Uo) на резервную (U„) осуществляется двумя быстродействующими коммутационными устройствами. Схемы данных уст- 40 ройств отличаются от схемы, приведенной на фиг. 3, тем, что в качестве полупроводникового элемента использован симистор

18. Применение симистора обеспечивает минимальное время включения устройства: 45

Таким образом, наличие полупроводникового элемента в коммутационном устройстве, соединенного приведенным способом, обеспечивает бездуговое размыкание контактов и сокращает до минимума время включения и отключения, что повышает его надежность и расширяет функциональные возможности.

Экономический эффект при изготовлении по схеме предлагаемого устройства одного переключателя питания переменного тока на 630 А, 380 В составляет 1200 руб.

Формула изобретения

1. Быстродействующее коммутационное устройство, содержащее силовые контакты, быстродействующий привод принудительного размыкания контактов, управляющая обмотка которого соединена с блоком формирования отключающего импульса, включающим предварительно заряженный конденсатор и электронный ключ с блоком управления, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей, оно снабжено полупроводнпковым элементом, подключенным параллельно цепи, состоящей из управляющей обмотки и блока формирования отключающего импульса, а также параллельно силовым контактам.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве полупроводникового элемента использован диод.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве полупроводникового элемента использован тиристор.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве полупроводникового элемента использованы встречно-включенные параллельные тиристоры или симпсторы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 347921, кл. Н 03К 17/56, 10.11.72.

2. Авторское свидетельство СССР № 335728, кл. Н 01Н 9/30, 01.03.72.

3. Патент Японии № 10427, кл. 5861, 1964.

731588

/„. г; х

Фиг. 6

Составитель Е. Калинкин

Техред В. Серякова

Редактор О. Степина

Корректор А. Галахова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 753/16 Изд. № 281 Тираж 995 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, pI(-35, Раушская наб., д. 4/5