Устройство для гибридной коммутации электрической цепи

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 Н 9/30

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) -6 /

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4672913/07 (22) 04,04,89 (46) 07.02,93, Бюл, t4 5 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) А.Г.Печников, Б.А.Андрианов и

Н.И.Иванов (56) Авторское свидетельство СССР

М 514365, кл, Н 01 Н 9/54, 1972.

Могилевский Г.В. Гибридные электрические аппараты низкого напряжения. — М.:

Энергоатомиздат, 1986, с.80, рис.1.29.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 612296, кл. Н 01 Н 9/30, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИБРИДНОЙ КОММУТАЦИИ ЭЛЕКТРИ 1ЕСКОЙ ЦЕПИ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам коммутации электрической цепи как постоянного, так и переменного тока, и может быть использовано в реле, контакторах, пускателях и других электрических аппаратах с гибридной бездуговой коммутацией токов.

Известно устройство для бездуговой коммутации электрической цепи постоянного тока, содержащее контактную цепь преимущественно мостикового типа, зашунтированную управляемым вентилем (тиристором), управляющий электрод которого подключен к участку контактной цепи, расположенному между двумя последовательными ее разрывами, Данное устройство позволяет(при условии необходимой упорядоченности размыкания и замыкания контактных пар) осуществлять бездуговое,. Ж,, 1793488 Al (57) Использование: в электротехнике, в частности для гибридной коммутации электрических цепей. Сущность изобретения: в устройстве для гибридной коммутации электрической цепи подвижный контакт главного мостикового контакта упруго установлен в изоляционной траверсе, Параллельно мостиковому контакту подключен управляющий ключ, к управляющему выводу которого подключен дополнительный контакт, кото.рый с подвижным образует электрический контакт. Дополнительный контакт выполнен в виде гибкой токопроводящей пластины. Подвижный конец его взаимодействует с одним из концов подвижного контакта главного мостикового контакта, а величина его перемещения меньше величины перемещения главного мостикового контакта. 2 ил, размыкание контактной цепи и включение полупроводникового управляемого вентиля. Однако для отключения цепи нагрузки или прекращения протекания тока в вентиле необходимо дополнительное устройство, обеспечивающее принудительный переход тока нагрузки через нуль, которое может значительно превосходить по сложности и габаритам само устройство для бездуговой коммутации электрической цепи поСТОЯННОГО ТОКа. Для Мостикового кОнтакта с использованием транзистора схема существенно упрощается, т.к. после снятия" сигнала управления транзистор, имеющий одно устойчивое состояние, запирается самопроизвольно.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для гибридной коммутации электрической

1793488 цепи постоянного тока„выбранное за прототип. Устройство содержит двухразрывный контакт, образованный двумя неподвижными контактами и подвижным контактным мостиком, электрически соединенным с выводом управления полупроводникового ключа с одним устойчивым состоянием, схему управления, состоящую из трансформатора тока и диода.

Данное устройство имеет ряд недостатков. Использование трансформатора тока и других элементов для управления полупроводниковым ключом приводит к увеличению габаритов и массы всего устройства, по этой же причине затруднено использование данного технического решения в многоконтактном исполнении, Необходимо отметить, что использование двухрззрывного контактного мостика с электрическим отводом приводит к трудностям реализации технологии и конструкции электрического отвода от подвижной части. Также в реальных кон. тактах с двойным разрывом отсутствует необходимая последовательность замыкания или размыкания контактных пар. По этой причине пир отключении устройства или же при воздействии вибрации или ударов во включенном его положении, контакты,.шунтирующие последовательную цепь перехода коллектор — база и обмотки трансформатора тока 1И2, могут расходиться и затягивать дугу, привариваться, т.к. вклЮчение полупроводникового ключа возможно только при наличии напряжения дуги на другом разрыве контактного мостика. Это приводит к ловышенному износу и снижает ресурс работы устройства.

Цель изобретения — упрощение, увеличение ресурса работы, а также снижение массы и габаритов устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для гибридной бездуговой коммутации электрической цепи, содержащем две основные контактные пары, образованные двумя неподвижными контактами, подключенными к полупроводниковому ключу с одним устойчивым состоянием и подвижным мостиком, электрически подсоединенным к выводууправления указанного ключа, вывод управления ключа соединен с подвижным мостиком через вспомогательную контактную пару, один контакт которой жестко связан с одним концом подвижного мостика, а другой контакт — с гибкой пластиной, при этом зазор и провал вспомогательной контактной пары выбраны так, что она замыкается первой, а размыкается последней; либо всегда замкнута.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем. Использование предложенного контактного мостика, одним концом связанного с вспомогательным контактом, позволяет исключить трансформатор тока и диоды из схемы управления. После размыкания первой основной пары время перехода тока нагрузки в полупроводниковый ключ минимально, т.к. цепь управления полупроводниковым ключом замкнута и ключ подготовлен к про1О пусканию тока. Включенное состояние полупроводникового ключа на промежуток времени от расхождения основной контактной пэры, размыкающейся первой, до расхождения второй основной контактной пары обеспечивает необходимую электрическую прочность контактных промежутков, тем более, что вторая контактная пара рвет только ток управления полупроводниковым ключом. Таким образом, ионизация контак20 тных промежутков будет минимальна, что снижает возможность вторичного пробоя. В предлагаемом контактном мостике необходимая последовательность срабатывания контактных пар получается следующим образом; в процессе включения устройства движению стороны подвижного мостика с вспомогательным контактом противодействует давление гибкого вспомогательного контакта управления, за счет чего происходит

ЗО снижение скорости движения этой стороны мостика и увеличение скорости движения его противоположной стороны, которая и замкнется первой; Процесс отключения происходит в обратной последовательности, З6 т,е. первым будет отходить контакт, замкнувшийся последним при замыкании и т.д. Таким образом, включение предложенного вспомогательного контакта между мостиком и выводом управления полупроводникового ключа;

4О позволяет значительно упростить схему управления, уменьшить габариты и массу устройства.

Благодаря тому, что один контакт управления закреплен на гибкой токопрово45 дящей пластине и образует цепь управления полупроводниковым ключом в замкнутом положении устройства и в процессе его переключения, полупроводниковый ключ имеет возможность включаться в

50 случае отхода подвижного мостика при вибрации или ударах. Так же необходимо отметить, что в этом случае первой будет отходить та же сторона мостика, что и при отключении, т.к. на нее действует согласно с напраи5б лением удара гибкая токопроводящэя пластина. Таким образом, происходит сложение полупроводникового ключа за состоянием контактов, что способствует снижению износа контактов и повышает ресурс работы устройства, 1793488

Известны технические решения, где необходимая последовательность замыкания и размыкания контактов достигается путем применения двух контактных пар, расположенных на разных реле (или разных приводах одного реле), срабатывающих друг относительно друга с задержкой времени, или использования шагового реле. Однако эти решения сравнительно громоздки и сложны.

Известно техническое решение,,где с целью экономии контактного материала используется неодновременность замыкания контактных пар мостика, обеспеченная за счет предварительно перекошенного мостика, Однако такой мостик потребует увеличения раствора контактов, а значит и хода подвижной части аппарата, что в конечном итоге приводит к увеличению габаритов и массы электромагнита, или увеличению потребляемой мощности. В отличие от вышеуказанного в предлагаемом техническом решении перекос подвижного мостика получается в динамике, а в отключенном состоянии мостик возвращается в исходное положение, т.к. гибкий контакт теряет с ним связь, или, хотя бы не оказывает механического давления, Это позволяет не увеличивать раствора основных контактных пар, Известно техническое решение, где полупроводниковый ключ подключен к неподвижным контактам основных контактных пар, замыкаемых подвижным мостиком, и цепь управления полупроводниковым ключом образуется через вспомогательный контакт и подвижный мостик. Однако, цель данного изобретения — обеспечение защиты бесконтактного ключа от повреждений при протекании сверхтока по цепи главного контакта, которая реализуется путем размыкания вспомогательным контактом цепи управления во включенном положении аппарата. В предлагаемом техническом решении в отличие от не ставилась задача коммутации сверхтоков, и как показала практика, максимально возможное падение напряжения на контактах было на порядок меньше минимального напряжения, необходимого для включения полупроводникового ключа.

В устройстве при наличии вибрации и ударов может возникать дуга и происходить приваривание контактов (что недопустимо в поляризованных электромагнитных реле из-за малого тягового усилия в начальный момент движения якоря), т.к, цепь управления разомкнута и полупроводниковый ключ не следит за состоянием контактов. Также здесь нет упорядоченности касания контактных пар, необходимой для обеспечения

10

30 После подачи команды на включение

40 и 26 шунтируют полупроводниковый ключ 6, 45

55 бездуговой коммутации, что значительно увеличивает их износ за счет размыкания при дуговом раэмыкании. В отличие от этого предлагаемое техническое решение преследует цепь повышения ресурса работы, которая достигается путем обеспечения цепи управления и слежением полупроводникового ключа за состоянием контактов во включенном положении аппарата.

На фиг,1 и 2 схематично изображено предлагаемое устройство.

На контактном мостике 1 с контактами

1а и 2а со стороны контакта 2а жестко закреплен или сформирован один вспомогательный контакт управления Ça. Контакты

1а и 2а образуют с неподвижными контактами 16 и 26 основные контактные пары. Другой вспомогательный контакт управления

36 расположен на гибкой токопроводящей пластине 4, которая электрически связана с выводом 5 цепи управления полупроводникового ключа 6, При этом зазор вспомогательных контактов выбран меньше зазора основных контактов, а провал — соответственно больше, что обеспечивает замыкание вспомогательных контактов первыми, а размыкание последними, Работает устройство следующим образом. контактный мостик 1 начинает движение, при этом замыкаются контакты За и Зб, и пластина 4 начинает оказывать противодействие движению контакта 2а. Дальнейшее движение контактного мостика 1 приводит к его развороту и замыканию контактов 1а и

16, после чего обеспечивается цепь включения полупроводникового ключа 6. При дальнейшем движении замыкаются контакты 2а который запирается.

Процесс отключения происходит в обратной последовательности: расходятся контакты 2а и 26, шунтировавшие полупроводниковый ключ 6, и ток нагрузки переходит в полупроводниковый ключ 6, далее размыкаются контакты 1а и t6, разрывая цепь управления полупроводниковым ключом 6, который запирается. При дальнейшем движении контактный мостик 1 возвращается в исходное состояние, контакты За и 36 могут размыкаться и разрывать цепь соединения вывода управления 5 полупроводниковым ключом 6 с подвижным мостиком 1.

Макет указанного устройства для гибридной коммутации электрической цепи был изготовлен на основе двустабильного поляризованного электромагнитного реле на номинальный ток 25 А. Растворы и про-

1793488 валы основных контактных пар были выбраны соответственно 1,3 — f,5 мм и 0,3-0,5 мм, провал вспомогательного контакта регулировался от 1 мм вплоть до величины хода траверсы реле (т.е. раствор менялся от 0,8 мм до нуля). Испытания проводились при напряжении 286 В постоянного тока 16-25

А, Испытания макета предложенного устройства подтвердили его работоспособность и безотказность в работе.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет сравнительно небольшую стоимость, простоту технологии изготовления и настройки и может быть реаФормула изобретения

Устройство для гибридной коммутации электрической цепи,.содержащее главный мостиковый контакт, подвижный контакт которого упруго установлен в изоляционной траверсе, бесконтактный ключ, подключенный параллельно мостиковому контакту, и дополнительный контакт, подключенный к управляющему выводу бесконтактного ключа, установленный упруго и образующий с подвижным контактом. электрический конлизовано после небольшой доработки серийных электрических аппаратов, что может расширить область его использования от спецтехники до общепромышленных образцов.

5 В предлагаемом устройстве обеспечи- вается слежение ключа эа состоянием основных контактов, что позволяет повысить надежность питания цепи нагрузки.

Укаэанные простота, малогабарит10 ность, сравнительно небольшой вес, и большой ресурс работы устройства позволяют использовать его в автономных системах автоматики, устанавливаемых на подвижных установках и летательных аппаратах.

20 такт, величина перемещения которого меньше величины перемещения мостикового контакта, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и ресурса при внешних механических воздействиях, 25 дополнительный контакт выполнен в виде гибкой токопроводящей пластины, один конец которой закреплен на корпусе, а другой взаимодействует с одним из концов подвижного контакта главного мостикового

30 контакта.

1793488

Составитель А.Печников

Техред М.Моргентал Корректор Т,Вашкович

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 507 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5