КОНТАКТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА С БЕЗДУГОВОЙ КОММУТАЦИЕЙ Российский патент 1997 года по МПК H01H9/30 

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам, в частности к контакторам постоянного тока.

Известен контактор постоянного тока [1] содержащий цепь, состоящую из основного тиристора и диода, подключенную параллельно главному контакту, блок принудительной коммутации основного тиристора и диода, подключенную параллельно главному контакту, блок принудительной коммутации основного тиристора, состоящий из коммутируемых тиристора, конденсатора и дросселя, зарядное устройство, блок управления.

Устройство [1] характеризуется недостаточной надежностью вследствие сложности схемы, включающей специализированные блоки заряда и управления, требующие автономного питания.

Прототипом изобретения 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 [2] обладает низкой надежностью по следующим причинам:
наличие значительных перенапряжений в цепи нагрузки при запирании основного тиристора;
затягивание времени перезаряда коммутирующего конденсатора при малых уровнях нагрузки;
наличие в нагрузке значительной индуктивной составляющей приведет к заряду коммутирующего конденсатора до очень высокого уровня напряжения, опасного для изоляции конденсатора.

Цель изобретения повышение надежности контактора.

В контакторе, содержащим общие с прототипом [2] источник питания, главный контакт и шунтирующий его основной тиристор, блок принудительной коммутации основного тиристора, включающий коммутирующие тиристор и конденсатор, соединенные между собой последовательно, зарядную цепь коммутирующего конденсатора, содержащую зарядный тиристор и резистор, соединенные между собой последовательно, 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, другой вывод главного контакта подключен к положительному выводу цепи нагрузки и катоду основного 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, второй вывоз зарядной цепи подключен к отрицательному выводу цепи нагрузки, указанная выше цель по совершенствованию схемы контактора в предложенном изобретении достигается тем, что контактор дополнительно снабжен нелинейно-резистивным элементом, первым и вторым обратными диодами, защитным диодом в цепи управляющего электрода основного тиристора, концевыми переключателем и выключателем, механически связанным с подвижной частью контактора, цепь нагрузки зашунтирована третьим обратным диодом, а ее отрицательный вывод непосредственно подключен к отрицательному выводу источника питания, блок управления тиристорами выполнен в виде автономных схем управления каждым тиристором, при этом схема управления основным тиристором выполнена в виде цепочки последовательно соединенных пускового конденсатора и защитного диода, подключенной одним выводом со стороны конденсатора к аноду основного тиристора, другим выводом со стороны катода защитного диода к управляющему электроду основного тиристора, общая точка соединения конденсатора и анода защитного диода соединена с катодом второго обратного диода, анод которого подсоединен к катоду основного тиристора, и с анодом первого обратного диода, катод которого подсоединен к одному из выводом нелинейно-резистивного элемента, другой вывод которого подсоединен к аноду основного тиристора, автономная схема управления коммутирующим тиристором выполнена в виде цепочки последовательно соединенных между собой диода, резистора и стабилитрона, зашунтированного контактами кольцевого выключателя, причем один вывод указанной цепочки подключен к управляющему электроду коммутирующего тиристора, а другая к катоду основного тиристора, причем стабилитрон включен встречно, а диод согласно по отношению к управляющему переходу коммутирующего тиристора, автономная схема управления зарядным тиристором выполнена в виде концевого переключателя и цепочки из последовательно соединенных резистора и конденсатора, соединенный первым выводом с управляющим электродом зарядного тиристора, а вторым выводом с концевым переключателем, выполненным с возможностью обеспечения соединения данного вывода, при размыкании главного контакта, с положительным выводом источника питания, а, при замыкании главного контакта с ее первым выводом.

Представленная на чертеже схема контактора постоянного тока с бездуговой коммутацией содержит источник питания 1, главный контакт 2, зашунтированный основным тиристором 3, блок принудительной коммутации основного тиристора, содержащий коммутирующий тиристор 4 и конденсатор 5, зарядную цепь коммутирующего конденсатора, содержащую зарядный тиристор 6 и резистор 7, цепь нагрузки 8. Схема управления основным тиристором 3 выполнена в виде цепочки последовательно соединенных пускового конденсатора 9 и защитного диода 10. После запирания управляющего перехода основного тиристора 3 в контур коммутации вводится цепочка из нелинейно-резистивного элемента 11, например варистора, первого обратного диода 12 и второго обратного диода 13. Схема управления коммутирующим тиристором 4 выполнена в виде цепочки последовательно соединенных диода 14, стабилитрона 15 и резистора 16. Схема управления зарядным тиристором выполнена в виде цепочки последовательно соединенный резистора 17 и конденсатора 18, а также включает в себя концевой переключатель 19. Цепь нагрузки зашунтирована обратным диодом 20, а стабилитрон 15 - контактами концевого выключателя 21. Концевые переключатель 19 и выключатель 21 механически связаны с подвижной частью контактора.

Устройство, приведенное на чертеже, работает следующим образом.

В исходном /включенном/ состоянии главного контакта 2 подвижная контакт-деталь концевого переключателя 19 находится в положении, обеспечивающим короткое замыкание цепи, состоящей из конденсатора 18 и резистора 17, в результате чего конденсатор 18 находится в разряженном состоянии. Управляющие и силовые цепи тиристоров 3, 4, 6 и диодов 10, 12, 13, 14 и 20 обесточены, конденсатор 5 либо разряжен, либо заряжен с полярностью, показанной на фиг. 1 в скобках. Ток из источника питания 1 протекает в нагрузку 8 через замкнутый главный контакт 2.

В процессе отключения контактора приходит в движение подвижная контакт-деталь главного контакта 2 и, проходя так называемую мостиковую стадию размыкая, создает падение напряжения (несколько вольт) на главном контакте 2, достаточное для отпирания основного тиристора 3 (путь пускового тока проходит через конденсатор 9, диод 10 и управляющий переход тиристора 3), но недостаточное для формирования короткой дуги ввиду быстродействия процесса отпирания тиристора 3. Ток нагрузки переходит в цепь основного тиристора 3 и дальнейшее раздвижение контакт-деталей главного контакта 2 происходит в обесточенном состоянии. Несколько ранее, в самом начале движения, подвижная часть контактора приводит в движение подвижную контакт-деталь концевого переключателя 19, которая выводит цепочку 17-18 из состояния короткого замыкания и подключает ее к положительному выводу источника питания 1, что приводит к отпиранию тиристора 6 и началу достаточного быстрого зарядного (перезарядного) процесса конденсатора 5. После завершения зарядных процессов конденсаторов 5 и 18 силовая и управляющая цепи тиристора 6 обесточиваются и он закроется. Потенциал полностью заряженного конденсатора 5 не превышает пробивное напряжения стабилитрона 15, поэтому отпирание тиристора 4 и начало разряда конденсатора 5 произойдут только тогда, когда в процессе размыкания главного контакта подвижная часть контактора достигнет своего предельного положения, при котором произойдет замыкание главного контакта подвижная часть контактора достигнет своего предельного положения, при котором произойдет замыкание контактов 21 концевого выключателя. Поскольку конденсатор 5 должен быть неполярным (при перезарядном процессе изменяется полярность на его обкладках), то в этом случае применяются металлобумажные или пленочные конденсаторы, имеющие значительную собственную индуктивность (до 0,1 мкГн).

Поэтому разряд конденсатора 5 при принудительной коммутации тиристора 3 будет иметь колебательный характер с частотой до 50-80 кГц. На первом этапе разряд протекает по контуру 4-5-13-12-11-4 (второй этап). На втором этапе разрядный ток становится больше тока нагрузки и его избыточная часть замыкается через цепь 13-12-11, падение напряжения на которой ускоряет восстановление запирающих свойств тиристора 3 в прямом направлении.

Учитывая емкостно-индуктивный характер контура коммутации, конденсатор 5 будет перезаряжаться с изменением полярности на его обкладках по контуру 4-5-13-12-11-4, а связь источника питания 1 с нагрузкой 8 будет поддерживаться через тиристор 4 и конденсатор 5 зарядится до величины напряжения источника питания (на фиг. 1 полярность указана в скобках) и в момент окончания заряда нагрузка отсоединяется от источника питания. При малой чисто активной нагрузке процесс отключения теоретически затягивается, но даже небольшой индуктивности соединительных проводов достаточно, чтобы при наличии обратного диода 20 процесс отключения от нагрузки 8 ускорился. При активно-индуктивном характере нагрузки отключение нагрузки от источника питания произойдет в момент, когда конденсатор зарядится до уровня напряжения источника питания, а ток нагрузки замкнется через обратный диод 20 и будет снижаться в соответствии с постоянной времени цепи нагрузки.

В следующем цикле отключения контактора конденсатор 5 следует перезарядить таким образом, чтобы он приобрел исходную полярность на своих обкладках, показанную на фиг. 1 без скобок. Для этой цели служит зарядная цепочка, состоящая из последовательно соединенных тиристора 6 и резистора 7.

Схема контроллера постоянного тока, обеспечивающая бездуговую коммутацию при размыкании главного контакта, достаточно проста, имеет минимальное количество элементов и не требует для питания отдельных ее цепей дополнительных источников энергии. Бездуговое размыкание главного контакта увеличивает его ресурс и повышает надежность схемы контактора.

Контактор постоянного тока с бездуговой коммутацией снабжен устройством для бездугового размыкания главного контакта 2 за счет шунтирования контакта основным тиристором 3, отпираемым в начальный момент размыкания контакта с помощью пусковой цепочки, состоящей из конденсатора 9 и диода 10. Запирание тиристора 3 обеспечивается блоком принудительной коммутации, включающим коммутирующие тиристор 4 и конденсатор 5,который заряжается при помощи зарядной цепи, состоящей из тиристора 6 и резистора 7. Тиристор 6 управляется цепочкой последовательно соединенных элементов: резистора 17, конденсатора 18 и концевого переключателя 19, механически связанного с подвижной частью контактора. 1 ил.

Контактор постоянного тока с бездуговой коммутацией, содержащий источник питания, главный контакт и шунтирующий его основной тиристор, блок принудительной коммутации основного тиристора, содержащий коммутирующие тиристор и конденсатор, соединенные между собой последовательно, зарядную цепь коммутирующего конденсатора, содержащую зарядный тиристор и резистор, соединенные между собой последовательно, 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, другой вывод главного контакта подключен к положительному выводу цепи нагрузки и катоду основного 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, второй вывод зарядной цепи подключен к отрицательному выводу цепи нагрузки, отличающийся тем, что он снабжен нелинейно резистивным элементом, первым и вторым обратными диодами, защитным диодом в цепи управляющего электрода основного тиристора, пусковым конденсатором основного тиристора, концевыми переключателем и выключателем, механически связанными с подвижной частью контактора, цепь нагрузки зашунтирована третьим обратным диодом, а ее отрицательный вывод непосредственно подключен к отрицательному выводу источника питания, блок управления тиристорами выполнен в виде автономных схем управления каждым тиристором, при этом схема управления основным тиристором выполнена в виде цепочки последовательно соединенных пускового конденсатора и защитного диода, подключенной одним выводом, со стороны конденсатора, к аноду основного тиристора, другим выводом, со стороны катода защитного диода, к управляющему электроду основного тиристора, общая точка соединения конденсатора и анода защитного диода соединена с катодом второго обратного диода, анод которого подсоединен к катоду основного тиристора, и с анодом первого обратного диода, катод которого подсоединен к одному из выводов нелинейно-резистивного элемента, другой вывод которого подсоединен к аноду основного тиристора, автономная схема управления коммутирующим тиристором выполнена в виде цепочки последовательно соединенных между собой диода, резистора и стабилитрона, зашунтированного контактами концевого выключателя, причем один вывод указанной цепочки подключен к управляющему электроду коммутирующего тиристора, а другой к катоду основного тиристора, причем стабилитрон включен встречно, а диод согласно по отношению к управляющему переходу коммутирующего тиристора, автономная схема управления зарядным тиристором выполнена в виде концевого переключателя и цепочки из последовательно соединенных резистора и конденсатора, соединенной первым выводом с управляющим электродом зарядного тиристора, а вторым выводом с концевым переключателем, выполненным с возможностью обеспечения соединения данного вывода, при размыкании главного контакта, с положительным выводом источника питания, а при замыкании главного контакта с ее первым выводом.