КОНТАКТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1997 года по МПК H01H9/30 H01H33/00 

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам, в частности к контакторам постоянного тока, подключающим цепи с индуктивными накопителями энергии.

Известен контактор постоянного тока [1] содержащий главный контакт, зашунтированный цепочкой последовательно соединенных основного тиристора и диода, блок принудительной коммутации основного тиристора, блок управления, цепь нагрузки, зашунтированную обратным диодом. Устройство обеспечивает коммутацию цепи с индуктивным накопителем энергии, однако время гашения этой энергии при отключении достаточно велико. Устройство обладает большими габаритами и имеет невысокую надежность.

Прототипом данного технического решения является контактор постоянного тока [2] содержащий основной тиристор, подключенный параллельно главному контакту, соединяющему цепи источника питания и нагрузки, блок принудительной коммутации основного тиристора, состоящий из коммутирующих тиристора и конденсатора, цепь заряда коммутирующего конденсатора, состоящую из зарядных тиристора и резистора, блок управления тиристорами. Устройство имеет невысокую надежность, особенно при наличии в нагрузке значительной индуктивной составляющей, так как коммутирующий конденсатор, имеющий ограниченную емкость, достаточную лишь для коммутации основного тиристора, будет заряжаться до очень высокого напряжения, опасного для изоляции конденсатора.

Цель изобретения повышение надежности и энергетических показателей контактора.

В контакторе, содержащем общие с прототипом [2] источник питания, главный контакт, основной тиристор, блок принудительной коммутации основного тиристора, содержащий коммутирующие тиристор и конденсатор, соединенные между собой последовательно, зарядную цепь, содержащую последовательно соединенные зарядный тиристор, блок управления тиристорами и цепь нагрузки, при этом один из выводов главного контакта подключен к положительному выводу источника питания, аноду основного тиристора и аноду коммутирующего тиристора, катод коммутирующего тиристора подключен к общей точке соединения одной из обкладок коммутирующего конденсатора с одним из выводов зарядной цепи, вторая обкладка коммутирующего конденсатора соединена с катодом основного тиристора и положительным выводом цепи нагрузки, второй вывод зарядной цепи подключен к отрицательному выводу цепи нагрузки, указанная выше цель по совершенствованию контактора достигается тем, что он снабжен двумя нелинейно-резистивными элементами, тремя обратными диодами, импульсным трансформатором, параллельно основному тиристору подключена цепочка последовательно соединенных первого нелинейно-резистивного элемента и первого обратного диода, цепь нагрузки зашунтирована цепочкой последовательно соединенных второго нелинейно-резистивного элемента и второго обратного диода, анод которого подключен к отрицательному выводу цепи нагрузки и отрицательному выводу источника питания, первичная обмотка импульсного трансформатора подключена к выводам второго нелинейно-резистивного элемента, а вторичная обмотка через третий обратный диод подключена к выводам источника питания.

Представленная на чертеже схема контактора содержит источник питания 1, главный контакт 2, зашунтированный основным тиристором 3 и цепочкой последовательно соединенных первого нелинейно-резистивного элемента 4 и первого обратного диода 5, блок принудительной коммутации тиристора 3, содержащий тиристор 6 и конденсатор 7, зарядную цепь, стоящую из зарядного тиристора 8 и резистора 9, схему управления тиристорами 10, цепь нагрузки 11 активно-индуктивного характера. Цепь нагрузки зашунтирована цепочкой последовательно соединенных второго нелинейно-резистивного элемента 12 и второго обратного диода 13. К выводам элемента 12 подключена первичная обмотка импульсного трансформатора 14, а вторичная обмотка указанного трансформатора через третий обратный диод 15 подключена к выводам источника питания 1.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии главный контакт 2 соединяет источник питания 1 с нагрузкой 11. Процесс отключения начинается с того, что по сигналу схемы управления 10 включается тиристор 8 и начинается зарядный процесс конденсатора 7, который заряжается до напряжения источника питания 1 с полярностью, показанной на фиг.1 без скобок. После завершении зарядного процесса одновременно с началом размыкания главного контакта 2 включается основной тиристор 3, и ток нагрузки переходит в цепь с тиристором 3. При полном раздвижении контакт-деталей главного контакта 2, когда его электрическая прочность достигает максимального значения, отпирается тиристор 6, включающий контур принудительной коммутации тиристора 3, который на первом этапе выключения 3 составлен из элементов 7,3,6, а на втором из элементов 7,4,5,6. На втором этапе тиристор 3 уже обесточен, а шунтирующая цепочка 4-5, пропускающая избыточный ток (в сравнении с током нагрузки), ускоряет процесс восстановления запирающих свойств основного тиристора 3. После выключения тиристора 3 дальнейший процесс разряда, а затем и перезаряда 7 происходит по контуру 1-6-7-11-1. Как только потенциал конденсатора 7 (измененная полярность показана на фиг.1 в скобках) превзойдет напряжение источника питания плюс падение напряжения в элементах 12, 13, ток нагрузки начнет перетекать в шунтирующую цепочку 12-13, а цепочка 6-7-начнет обесточиваться. Тиристор 6 отключается, и ток нагрузки полностью переходит в шунтирующую ветвь 12-13. При отсутствии в схеме контактора трансформатора 14 накопленная в магнитном поле нагрузки энергия рассеялась бы в виде тепловых потерь в элементах 12 и 13. Протекание тока нагрузки через нелинейно-резистивный элемент 12 (стабилитрон, варистор) вызывает его пробой и напряжение пробоя прикладывается к первичной обмотке импульсного трансформатора 14, вызывая переходный процесс его включения, в результате чего начнет расти потребляемый ток и напряжение на его обмотке (с учетом падения напряжения в обратном диоде 15). Как только выходное напряжение трансформатора сравняется с напряжением источника питания, начнет расти ток, поступающий в источник питания (ток рекуперации). Одновременно будут расти вторичный и первичный токи импульсного трансформатора 14, а нелинейно-резистивный элемент 12 будет соответственно разгружаться. При полной разгрузке элемента 12, когда его ток упадет до нуля, закончится переходной процесс включения импульсного трансформатора. При этом напряжение на первичный обмотке трансформатора уменьшится до величины немного меньшей, чем пробивное напряжение элемента 12, что обеспечивается правильно выбранным коэффициентом трансформации трансформатора. С момента завершения переходного процесса включения трансформатора он воспримет на себя весь ток нагрузки и преобразует его в ток рекуперации, а нелинейно-резистивный элемент 12 останется обесточенным.

Благодаря применению импульсного трансформатора между контуром шунтирования индуктивной нагрузки и источником питания осуществляется возврат (рекуперация) индуктивной энергии в источник питания, в результате чего улучшаются энергетические показатели контактора.

Контактор постоянного тока, содержит источник питания, главный контакт, основной тиристор, блок принудительной коммутации основного тиристора, содержащий коммутирующие тиристор и конденсатор, соединенные между собой последовательно, зарядную цепь, содержащую последовательно соединенные зарядный тиристор и резистор, блок управления тиристорами и цепь нагрузки, при этом один из выводов главного контакта подключен к положительному выводу источника питания, аноду основного тиристора и аноду коммутирующего тиристора, катод коммутирующего тиристора подключен к общей точке соединения одной из обкладок коммутирующего конденсатора с одним из выводов зарядной цепи, вторая обкладка коммутирующего конденсатора соединена с катодом основного тиристора и положительным выводом цепи нагрузки, второй вывод зарядной цепи подключен к отрицательному выводу цепи нагрузки, параллельно основному тиристору подключена цепочка последовательно соединенных первого нелинейного-резистивного элемента и первого обратного диода, цепь нагрузки зашунтирована цепочкой последовательно соединенных второго нелинейно-резистивного элемента и второго обратного диода, анод которого подключен к отрицательному выводу цепи нагрузки и отрицательному выводу источника питания, первичная обмотка импульсного трансформатора подключена к выводам нелинейно-резистивного элемента, а вторичная обмотка через третий обратный диод подключена к выводам источника питания. 1 ил.

Контактор постоянного тока, содержащий источник питания, главный контакт, основной тиристор, блок принудительной коммутации основного тиристора, содержащий коммутирующие тиристор и конденсатор, соединенные между собой последовательно, зарядную цепь, содержащую последовательно соединенные зарядный тиристор и резистор, блок управления тиристорами и цепь нагрузки, при этом один из выводов главного контакта подключен к положительному выводу источника питания, аноду основного тиристора и аноду коммутирующего тиристора, катод коммутирующего тиристора подключен к общей точке соединения одной из обкладок коммутирующего конденсатора с одним из выводов зарядной цепи, вторая обкладка коммутирующего конденсатора соединена с катодом основного тиристора и положительным выводом цепи нагрузки, второй вывод зарядной цепи подключен к отрицательному выводу цепи нагрузки, отличающийся тем, что он снабжен двумя нелинейно-резистивными элементами, тремя обратными диодами, импульсным трансформатором, параллельно основному тиристору подключена цепочка последовательно соединенных первого нелинейно-резистивного элемента и первого обратного диода, цепь нагрузки зашунтирована цепочкой последовательно соединенных второго нелинейно-резистивного элемента и второго обратного диода, анод которого подключен к отрицательному выводу цепи нагрузки и отрицательному выводу источника питания, первичная обмотка импульсного трансформатора подключена к выводам второго нелинейно-резистивного элемента, а вторичная обмотка через третий обратный диод подключена к выводам источника питания.