Гибридный выключатель постоянного тока

 

Союз Советских

Социапнстических

Рес убпнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВГЕтЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<>i) 943881 (6I ) Дополнительное к авт. санд-ву (22) За" вле" о 16. 12. 80 (21) 3218352/24-07 (53)M. Кл. с присоединением заявки №Н 01 Н 9/30

Веуаеретеен«Ы! кем«тет

СССР

«о декан «зебретенн» в ет»рыт«в (23) Приоритет

Опубликовано 15. 07, 82. Бюллетень ¹ 26

Дата опубликования описания 15.07.82 (53) УДК 621.3. .014 2(088.8) (72) Авторы изобретения

Г.В.Могилевский и В.Г.Бенсман

Всесоюзный научно-исследовательский, конструкторский и технологический инс низковольтного аппаратостроения (71) Заявитель (54 ) ГИБРИДНЫЙ ВЫКЛОЧАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

ТОКА

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам, в частности к i ибридным выключателям постоянного тока.

Известны гибридные выключатели постоянного тока, содержащие главные 5 контакты1 привод главных контактов, тиристор, включенный пар аллел ь но главным контактам, коммутирующий конденсатор и блок управления. В указанных выключателях подключение тиристора параллельно главным контактам исключает образование электрической дуги на контактах при коммутации тока, а последующее выключение тири стор а обес печи вается пред вари тел ьно заряженным коммутирующим конденсатором (1 ), (21и (3).

Сущест ве нным недостат ком данных выключателей является их пониженная

20 надежность вследствие относительно большой величины емкости коммутируюцих конденсаторов (и,. соответственно, их количества), необходимой для

2 принудительной коммутации тиристора при отключении номинальных и особенно аварийных токов. Величина емкости коммутируюцего конделя=атора должна обеспечить определенное время существования обратного напряжения на тиристоре. Упомянутая величина времени составляет для рассматриваемых устройств при индуктивной нагрузке

<"с, о= о при активной нагоуз е

Еп <+

С С

0= 20 Е где t - время существом ния обратно0 го напряжения на тиристоре;

С - емкость коммутирующего конденсатора;

V< - начальное нагтряжение на комо мутирующем конденсаторе; ! о- отключаемый ток;

Е - ЭДС сети.

3 94388

Определенная по приведенным выражениям величина емкости коммутирующего конденсатора получается весьма значительной. Например, для отключения номинального тока выключателя

250 А при времени выключения тиристора 150 мкс и начальном напряжении на коммутирующем конденсаторе 220 В необходима емкость не ниже 170 мкф при индуктивной и 247 мкф при актив- 1р ной нагрузке, а при отключении тока перегрузки, составляющего 2,5 номинального, величина емкости составляет 425 мкф и 616 мкф соответственно. 15

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущностй является контактор постоянного тока с бездуговой коммутацией, содержащий глав" ные контакты, привод главных контактов, диод и тиристор, включенные встречно-параллельно главным контактам, коммутирующий конденсатор и блок управления. Введение диода, включенного параллельно тиристору, и создание колебательного характера разряда коммутирующего конденсатора позволяет исключить влияние характера нагрузки на время существо- зр вания обратного напряжения на тиристоре, которое определяется по перво" му из приведенных выражений P).

Недостатком этого устройства является пониженная надежность вследствие большои величины емкости ком\Ф

3S мутирующих конденсаторов и, соответственно, их количества.

Цель изобретения - повышение надежности работы гибридного выключа40 теля постоянного тока.

Поставленная. цель достигается тем, что в гибридный выключатель постоянного тока, содержащий главные контакты, привод главных контак4S тов, диод и тиристор, включенные встречно-параллельно главным контактом, коммутирующий конденсатор и блок управления, дополнительно введены тиристорный мост, симистор и два трансформатора тока, причем выходные клем50 мы постоянного тока тиристорного моста включены параллельно главным контактам, а к входным клеммам переменного тока тиристорного моста подключены соединенные последовательно коммутирующий конденсатор, симистор и вторичные обмотки трансформаторов . тока, первичные обмотки которых

1 4 включены встречно и последовательно в цепь нагрузки.

Именно введение тиристорного моста, симистора и двух трансформаторов тока с включением выходных зажимов постоянного тока тиристорного моста параллельно главным контактам и подключением к входным клеммам переменного тока тиристорного моста соединенных последовательно коммутирующего конденсатора, симистора и вторичных обмоток трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены встречно и последовательно в цепь нагрузки, обеспечивает повышение надежности работы гибридного выключателя постоянного тока благодаря тому,. что существенно уменьшается величина емкости коммутирующего конденсатора, а следовательно, и количество упомянутых конденсаторов. Введение этих элементов и соединение их описанным путем обеспечивает многократный перезаряд коммутирующего конденсатора постоянным током при сохранении обратного напряжения на выключаемом тиристоре, что позволяет получить существенно более высокое чем в известном устройстве время существования обратного напряжения на тиристоре или, что более необходимо, при сохранении величины времени выключения существенно снизить величину емкости коммутирующего конденсатора.

Kpowe того, введение тиристорного моста, симистора и двух трансформаторов тока, позволяющее повысить надежность работы из-за уменьшения величины емкости и количества коммутирующих конденсаторов, одновременно позволяет уменьшить габариты и стоимость устройства в целом.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - графики изменения токов и напряжений в схеме, поясняющие ее работу.

Гибридный выключатель содержит главные контакты 1, их привод 2, диод 3 и тиристор 4, включенные встречно-параллельно главным контактам 1, коммутирующий конденсатор 5, блок управления 6, тиристорный мост, состоящий из тиристоров 7- 10, симистор 11, трансформаторы тока 12 и 13 и устройство заряда 14 коммутирующего конденсатора.

При выборе Ч.7 Wg)id> о, и Результирующий ток 1 =) rf 3 }проходит через запирающее напряжение на тиристоре 4.

Длительность протекания тока в цепи коммутирующего конденсатора определяется следующим приближенным соотношением: с i 3ä н}

О IО 2дч

ВЧг 1 — +ьЧ, Mq где r - активное сопротивление контура тока (в основном обмоток трансформаторов 12 и 13); йЧ - общее падение напряжения на тиристорах 7 и 10 (или 8 и 9), симисторе 11, диоде 3.

Указанное соотношение получено иэ следующих соображений. .Процесс перемагничивания сердечника трансформатора тока описывается уравнением

И S g "rl э «nV, d8 Н с eW< где и,,и - число витков соответственно первичной и вторичной обмоток трансформато/ ра тока;

I - отключвемый ток;

S - сечение магнитопровода трансформатора тока;

0с - напряжение нв конденсаторе;

О =Ч -- 1 - аЕ-Ч

W ЬЧ с= со С ) он, СЦ

Полное время перемагничивания й. определяется иэ условия дВ О, т.e. W ЯВ=Ж t - — - - (r I +

I (A4 о СЧ 2

+N) tg откуда

2«Чсо-г1о -вЧ)1,2

m .1о 4 .

Напряжение на емкости в конце рассматриваемого этапа

U =V - t --ЧС 2(rl +ьЧ), 1 Цй W с1 со cM О и т.е. на каждом цикле напряжение на конденсаторе по абсолютной величине уменьшается на

2(rIб +ЬЧ)

©й

Если ввести дЧ"-rlo i 4, то полное число циклов перемагнийивания (n) может быть найдено из условия

Чсо-ll2dv--dv)

ЖлЫ2

i

Wq с- у где о - ток заряда конденсатора; ао

1о - отключаемый ток;

И„Д И2- число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора тока, поэтому в цепи коммутирующего кон45 денсатора 5 возникают прямоугольные импульсы тока уменьшающейся длительности, а напряжение на конденсаторе имеет треугольную форму с уменьшающейся амплитудой (см.фиг.2). При изменении направления тока в контуре коммутирующего конденсатора 5 изменяется проводящее состояние тиристоров моста, и для каждого направления тока работает один из трансфор- 55 маторов тока 12 и 13, в котором н.с. первичной и вторичной обмоток направлены встречно.

5 943881

Предлагаемое устройство рабо1ает следующим образом.

Во включенном состоянии главные контакты 1 замкнуты и по ним протекает ток нагрузки (направление тока показано на фиг.l стрелкой), тиристоры 4 и 7-10 и симистор 11 не включены, коммутирующий конденсатор 5 заряжен до напряжения Чс от уст ройства заряда 14(полярность напря- lo жения на конденсаторе 5 показана на Фиг.l).

При отключении гибридного выключателя под действием привода 2 начинают размыкаться главное контакты

1. Одновременно блок управления 6 подает сигнал на включение тиристора

4, и ток нагрузки переходит из цепи главных контактов 1 в цепь тиристора 4, благодаря чему обеспечивается бездуговое размыкание главных контактов 1. С выдержкой времени, достаточной для полного перехода тока из цепи главных контактов 1 в цепь тиристора 4 и расхождения 25 главных контактов l на расстояние, исключающее пробой воздушного промежутка, блок управления 6 подает сигнал на включение тиристоров 710 и симистора 11. Этим обеспечивает- 5в ся цепь разряда коммутирующего конденсатора 5: вторичные обмотки трансФорматоров тока 13 и 12, симистор

11, тиристор 10, диод 3, тиристор 7.

Ток разряда конденсатора 5 ограничен величиной, определяемой соотношением

881 8 леднее обеспечивает также снижение габаритов и стоимости гибридного выключателя. Экономическая эффективность составляет порядка 100 руб. для выключателя на номинальный ток

250 А и 300 руб. для выключателя на номинальный ток 400 h Общий экономический эффект при годовой потребности 500 шт. изделий на оба номинальных тока составляет 100 тыс. руб.

7 943

Длительность цикла перемагничива- ния может быть записана в виде

t ° =

2С(1/ - (2 -1)д V1M<

3 о" где j - номер цикла. $

Тогда полная длительность протекания тока через коммутирующий конденсатор равна сумме длительностей циклов перемагничивания

2С (Жа. (2 "1)УЧТЕН o- „, .Ч„ с ч д- (ev) 0 1о гУ/

В известных устройствах время выключения тиристора, включенного параллельно главным контактам с о

Таким образом, при равных t< кратность уменьшения емкости в 26 предлагаемом устройстве по сравнению с известным составляет

Формула изобретения

2$

Сщ» Чо»- Ч5»

С пРе/„г. V

Так, в случае, когда rl

После уменьшения напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 до величины, близкой к нулю, блок управлейия 6 снимает сигнал управления с тиристоров 7-10 тиристорного моста, а затем с выдержкой времени $$ снимается сигнал управления с симистора 11, благодаря чему происходит полное отключение тока нагрузки.

Таким образом, предлагаемый гибридный выключатель постоянного тока по сравнению с известным обладает повышенной наде>юностью работы, так как в нем существенно уменьшена емкость и, соответственно, количество коммутирующих конденсаторов. Пос- 4$

Гибридный выключатель постоянного тока, содержащий главные контакты, привод главных контактов, диод и тиристор, включенные встречнопараллельно главным контактам, коммутирующий конденсатор и блок управ.ления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, в него введены тиристорный мост, симистор и два трансформатора тока, причем выходные клеммы пос тоянного тока тиристорного моста включены параллельно главным контактам, а к входным клеммам переменного тока тиристорного моста подключены соединенные последовательно коммутирующий конденсатор, симистор и вторичные обмотки трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены встречно и последовательно в цепь нагрузки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l, Контакторы серии Н фирмы СЕМ.

Франция. "Contacteurs Speslanx",.

1966, с.109.

2, Авторское свидетельство CCCP

Р 434497, кл. Н О1 Н 9/30, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР .N 526029, кл. Н Ol Н 9/30, 1976.

4. Авторское свидетельство СССР и 521611, кл, Н 01 Н 9/30, 1976 °