ГИБРИДНЫЙ БЕЗДУГОВОЙ АППАРАТ Российский патент 1995 года по МПК H01H9/30 

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для бездуговой коммутации электрических цепей и может быть использовано при разработке бездуговых коммутационных аппаратов, предназначенных для работы в объектах повышенной надежности, например в бортовых системах автоматики.

Известно устройство для бездуговой коммутации электрической цепи [1] содержащее контактно-полупроводниковый блок управления реле, дифференциальный усилитель, полупроводниковый ключ и четырехпозиционное шаговое реле, которое включает в себя первый замыкающий контакт, шунтированный полупроводниковым ключом и дифференциальным усилителем, второй замыкающий контакт, соединенный последовательно с первым контактом, третий замыкающий контакт соединенный между входной цепью полупроводникового ключа и вторым контактом, и четвертый замыкающий контакт, соединенный между выходом дифференциального усилителя и блоком управления реле.

Выполнение реле четырехпозиционным обусловлено необходимостью с целью обеспечения бездуговой коммутации электрической цепи, очередности срабатывания четырех контактов, когда каждой позиции реле соответствует определенное состояние контактов. При замыкании электрической цепи первым замыкается второй контакт, а последним первый, а при размыкании очередность срабатывания контактов изменяется первым размыкается первый контакт, а последним второй. При этом контактно-полупроводниковый блок управления выдает импульсы, переводящие коммутационный диск шагового реле и связанные с ним контакты в определенную позицию.

Недостатки устройства сложность и невысокая надежность, обусловленные контактно-полупроводниковым блоком управления, дифференциальным усилителем и четырехпозиционным многоконтактным шаговым реле.

Наиболее близким к предлагаемому результату является устройство для бездуговой коммутации электрической цепи [3] выбранное за прототип, содержащее две пары контактов, привод указанных контактов, один или два подвижных элемента, полупроводниковый ключ и датчик замыкания контактов, причем указанный привод механически связан с указанными контактными парами через указанные подвижные элементы так, что контактная пара через силовые выводы полупроводникового ключа подключена параллельно второй паре контактов, дополнительный элемент, выполненный в виде выступа или постоянного магнита, установленного на подвижном элементе первой пары контактов, причем выходы указанного датчика замыкания контактов подключены к точке соединения первой контактной пары с силовым выводом полупроводникового ключа.

Недостаток устройства невысокая надежность и сложность, обусловленные наличием дополнительного элемента, выполненного в виде выступа или постоянного магнита и датчика конечного положения с встроенным усилительным каскадом.

Цель изобретения упрощение и повышение надежности.

Цель достигается тем, что гибридный бездуговой аппарат, содержащий две пары контактов, привод указанных контактов, обеспечивающий срабатывание второй контактной пары с опережением на размыкание и с замедлением на замыкание по отношению к первой контактной паре, полупроводниковый ключ, подключенный силовыми выводами через контакты первой пары параллельно второй паре контактов, снабжен третьей парой контактов, вывод одной из контакт-деталей которой подключен к управляющему выводу указанного полупроводникового ключа, а вывод второй контакт-детали к общей точке соединения выводов контакт-деталей первой и второй контактных пар таким образом, что ее замыкание обеспечивается после замыкания первой пары контатков, а размыкание после размыкания второй пары контактов, причем каждый контакт может быть размещен как на индивидуальном, так и на общем контакт-держателе контакт-деталей трех контактных пар, электрически изолированных друг от друга, в качестве указанного полупроводникового ключа может быть использован транзисторный модуль, выполненный в гибридном исполнении, и расположенный либо на одном из контактов или его контактодержателе, либо на общем держателе контакт-деталей трех контактных пар.

Благодаря введению третьей пары контактов, вывод одной из контакт-деталей которой подключен к управляющему выводу полупроводникового ключа, а вывод второй контакт-детали к общей точке соединения выводов контакт-деталей первой и второй контактных пар, и расположенной относительно первой и второй контактных пар так, что достигается определенный алгоритм работы трех контактных пар с полупроводниковым ключом, при котором последовательно замыкается и размыкается цепь практически без дугообразования на контактах, так что первая (изолирующая) контактная пара первой замыкается и последней размыкается, в то время как вторая (шунтирующая) контактная пара последней замыкается и первой размыкается, а третья (управляющая) контактная пара второй последовательно замыкается и размыкается, при этом обеспечивается повышение надежности за счет упрощения как механической части конструкции привода (исключается выступ или постоянный магнит с деталями его крепления), так и полупроводниковой за счет уменьшения количества отдельных электронных компонентов и межсоединений (исключается датчик конечного положения с усилительным каскадом и монтажные провода межсоединений). Кроме того, существенным образом расширяются функциональные возможности благодаря использованию в качестве полупроводникового ключа транзисторного модуля, выполненного по гибридной технологии и содержащего n бескорпусных транзисторов либо биполярных, либо полевых, включенных, например, параллельно или каскадно, управление которыми интегрировано, что дало возможность при использовании бескорпусных транзисторов повышенной степени интеграции преодолеть ряд ограничений, свойственных корпусным транзисторам (заключенным в очень объемные кожуха), снизить в несколько раз массу, габариты и трудоемкость изготовления. Все это в сочетании с применением предложенного технического решения позволило повысить надежность гибридного бездугового аппарата и расположить гибридный транзисторный модуль либо на одном из контактов или его контактодержателе, либо на общем держателе контакт-деталей трех контактных пар, электрически изолированных друг от друга, как, например [2]
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях, что позволило установить соответствие его критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предложенного гибридного бездугового аппарата; на фиг.2 показан конструктивный вариант выполнения гибридного аппарата, в котором в качестве привода использован дистанционный переключатель серии ДП1 ТУ 16-526.455-79; на фиг.3 конструктивный вариант выполнения гибридного аппарата применительно к кнопочному выключателю поворотного типа, в котором поворотный подвижный элемент привода 3 выполнен из упругого электропроводного материала.

Гибридный бездуговой аппарат содержит (фиг.1) первую пару контактов 1, вторую пару контактов 2, привод 3 указанных контактов, выполненный так, что вторая пара контактов 2 срабатывает с замедлением на замыкание и с опережением на размыкание по отношению к первой паре контактов 1, полупроводниковый ключ 4, подключенный силовыми выводами 5 и 6 через первую пару контактов 1 параллельно второй паре контактов 2. Указанная параллельная цепь включена между выводами 7 и 8 для подключения коммутируемой цепи, третью пару контактов 9, вывод одной из контакт-деталей которой подключен к управляющему выводу 10 полупроводникового ключа 4, а вывод второй контакт-детали к общей точке соединения выводов контакт-деталей первой 1 и второй 2 контактных пар таким образом, что замыкание третьей пары контактов 9 обеспечивается после замыкания первой пары контактов 1, а размыкание после размыкания второй пары контактов 2, и управление состоянием проводимости полупроводникового ключа 4, в качестве которого может быть использован транзисторный модуль, выполненный по гибридной технологии и расположенный либо на контакте, например, первой контактной пары 1 или его держателе 11 (фиг.2), либо на общем держателе 12 (фиг. 3) контакт-деталей трех контактных пар 1, 2, 9, электрически изолированных друг от друга.

Гибридный бездуговой аппарат работает следующим образом.

Включение гибридного аппарата осуществляется в результате включающего воздействия на привод 3, замыкающий контакты трех пар в определенной последовательности. Под действием привода 3 первыми замыкаются контакты первой пары 1 при практически нулевом токе и, следовательно, без искрообразования, подготавливая полупроводниковый ключ 4 к включению, затем замыкаются контакты третьей пары 9, подключенные к управляющему выводу 10 полупроводникового ключа 4, что приводит к включению с высоким быстродействием полупроводникового ключа 4 до начала замыкания второй пары контактов 2, вследствие чего обеспечивается бездуговое включение электрической цепи второй парой контактов 2. При этом замыкание контактов второй пары 2 происходит с выдержкой во времени относительно времени замыкания первой пары контактов 1, что обеспечивает замыкание третьей пары контактов 9 и включение с высоким быстродействием полупроводникового ключа 4 до начала замыкания контактов второй пары 2, обеспечивая практически бездуговое включение электрической цепи постоянного тока.

Отключение гибридного аппарата происходит при отключающем воздействии на привод 3, размыкающий контакты трех пар в обратной последовательности, первыми начинают размыкаться контакты второй пары 2. При размыкании второй пары контактов 2 ток, протекающий через контакты, перераспределяется в шунтирующую цепь, состоящую из последовательно соединенных замкнутых контактов первой пары 1 и включенного полупроводникового ключа 4, удерживаемого во включенном состоянии током, проходящим по управляющему выводу 10 через замкнутую третью контактную пару 9, и обеспечивается практически бездуговое размыкание контактов второй пары 2, затем размыкаются контакты третьей пары 9, снимая сигнал управления с управляющего вывода 10, и одновременно происходит выключение с высоким быстродействием полупроводникового ключа 4 до начала размыкания контактов первой пары 1, которые, размыкая токи утечки полупроводникового ключа 4, размыкаются без искрообразования. При этом опережение размыкания контактов второй пары 2 выбрано таким, чтобы до начала размыкания контактов первой пары 1 закончился процесс размыкания контактов третьей пары 9 и выключения с высоким быстродействием по управляющему выводу 10 полупроводникового ключа 4, вследствие чего контакты первой пары 1 размыкаются без искрообразования, осуществляя полный (гальванический) разрыв электрической цепи постоянного тока.

Использование предложенного технического решения позволит повысить надежность гибридного аппарата за счет введения третьей пары контактов, которая используется для управления полупроводниковым ключом в определенной последовательности с тремя контактными парами. Требуемая последовательность срабатывания с заданной выдержкой времени трех пар контактов (изолирующих, управляющих и шунтиpующих) достигается за счет конструкции привода (использованием дистанционных переключателей либо с механической, либо с магнитной фиксацией (защелками) или кнопочных выключателей поворотного типа), а также за счет того, что три контакт-детали трех контактных пар электрически объединены в общую точку, что в отличие от известных достигается простым схемным и конструктивным решением при обеспечении высокой надежности. Изобретение позволит без увеличения массогабаритных показателей расширить функциональные возможности благодаря использованию в качестве полупроводникового ключа транзисторного модуля, за счет выполнения его в гибридном исполнении, а также за счет увеличения коммутируемых номинальных токов и напряжений при сохранении высокой надежности.

Таким образом сочетание трех контактных пар с полупроводниковым ключом, имеющим полную управляемость и высокие скорости переключения, обеспечивает малое падение напряжения в состоянии включения наряду с практически нулевым напряжением включения, нулевой ток отключения и практически бездуговое коммутирование с использованием очень малого числа компонентов.

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для бездуговой коммутации электрических цепей и может быть использовано при разработке бездуговых коммутационных аппаратов, предназначенных для работы в объектах повышенной надежности. Сущность изобретения заключается в том, что гибридный бездуговой аппарат, содержащий две пары контактов с разными временами срабатывания, привод указанных контактов, полупроводниковый ключ, подключенный силовыми выводами через контакты первой пары параллельно второй паре контактов, снабжен третьей парой контактов, вывод одной из контакт-деталей которой подключен к управляющему выводу указанного полупроводникового ключа, а вывод второй контакт-детали к общей точке соединения выводов контакт-деталей первой и второй контактных пар. Третья контактная пара расположена относительно первой и второй контактных пар таким образом, что ее замыкание обеспечивается после замыкания первой пары контактов, а размыкание после размыкания второй пары контактов, при этом указанный полупроводниковый ключ, в качестве которого использован транзисторный модуль, выполнен в гибридном исполнении и расположен либо на одном из контактов или на его контактодержателе, либо на общем держателе контакт-деталей трех контактных пар, электрически изолированных друг от друга. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ГИБРИДНЫЙ БЕЗДУГОВОЙ АППАРАТ, содержащий две пары контактов, привод указанных контактов, обеспечивающий срабатывание второй контактной пары с опережением на размыкание и с замедлением на замыкание по отношению к первой контактной паре, полупроводниковый ключ, подключенный силовыми выводами через контакты первой пары параллельно второй паре контактов, отличающийся тем, что он снабжен третьей парой контактов, вывод одной из контакт-деталей которой подключен к управляющему выводу указанного полупроводникового ключа, а вывод второй контакт-детали к общей точке соединения выводов контакт-деталей первой и второй контактных пар, указанная третья контактная пара расположена относительно первой и второй контактных пар, что ее замыкание обеспечивается после замыкания первой пары контактов, а размыкание после размыкания второй пары контактов, причем каждый контакт может быть размещен как на индивидуальном контактодержателе, так и на общем держателе контакт-деталей трех контактных пар, электрически изолированных одна от другой. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в качестве полупроводникового ключа использован транзисторный модуль, выполненный в гибридном исполнении и расположенный либо на одном из контактов или его контактодержателе, либо на общем держателе контакт-деталей трех контактных пар.